1

8. ODABIR STATIČKIH UREĐAJA ZA BESPREKIDNO NAPAJANJE

Potreba za projektovanjem i instaliranjem sistema za neprekidnim napajanjem (UPS) je

rezultat stohastičkih – iznenadnih prekida napajanja. Posljedice zbog prekida napajanja

mogu biti veoma velike, pogotovo što se najčešće radi o osjetljivoj opremi.

Svaka firma, koja vodi računa o svom poslovanju, istovremeno vodi računa o

pravilnom funkcioniranju sistema UPS. Istovremeno se moraju definisati potrošači koji

zahtijevaju besprekidno napajanje kako bi im se obezbjedila odgovarajuća infrastruktura.

Kada se govori o UPS sistemu onda treba znati da je to, u najvećem obimu,

problematika kvaliteta električne energije. Pojam kvalitet električne energije ima

različite definicije, od odredaba koje su date u EN pa do odgovarajućih preporuka

pojedinih elektrodistribucija, ali je vjerovatno univerzalna sljedeća definicija:

„Kvalitet električne energije kao i promjena frekvencije i devijacije oblika napona

odredjuju se prema pravilnom sinusoidalnom obliku napona i struje, frekvencije 50

Hz“.

Drugim riječima, kvalitet električne energije se mjeri prema :

- kvalitetu frekvencije,

- amplitudi harmonika,

- sinusoidalnom obliku ( talasni poremećaji), i

- simetričnosti.

Treba analizirati sljedeće mogućnosti kao tehnička rješenja kako bi se povećao

procenat sigurnosti kod napajanja. To su:

- podjela sistema u sekcije radi napajanja potrošača sa više strana ili iz više izvora;

- podjela električnih krugova na one koji su više ili manje važni;

- izbor uzemljenja, i

- selektivnost zaštite.

Jedini način da se osigura kontinuirano napajanje je da se uvede ili projektira

instaliranje sistema UPS. Sistem UPS na sebe preuzima , u slučaju nestanka glavnog

napajanja, opskrbu električnom energijom važnih potrošača u vremenu koje se može

definirati kao vrijeme autonomije.

Danas mnogi elektronički uredjaji zahtijevaju napajanje koje ne sadrži nikakve smetnje

i koje najčešće mora biti kvalitetnije od glavnog izvora napajanja (elektrodistributivne

mreže). To su računarski centri, upravljački procesi u industriji itd.

2

Satavni dijelovi sistema UPS su:

- ispravljač,

- izmjenjivač (invertor),

- rezervni izvor napajanja (obično skup baterija), i

- statička sklopka.

Drugim riječima, UPS ,koji djeluje izmedju glavnog izvora napajanja, sa jedne strane

(elektrodistribucija), i potrošača sa druge strane , ima funkciju da obezbjedi kontinuirano

i kvalitetno snabdijevanje potrošača. Prema tome, funkcije UPS su da:

- elimiše probleme oko snabdijevanja potrošača,

- bude kompaktibilan sa zahtjevima osjetljivih elektroničkih uredjaja,

- služi kao rezervni izvor napajanja...

8.1. VRSTE SISTEMA BESPREKIDNIOG NAPAJANJA

Razlikuju se statički i rotirajući UPS sistemi. Statički UPS sistemi imaju samo

elektroničke elemente kao dijelove koji imaju ulogu transformisanja istosmjerne u

naizmjeničnu struju. Rotirajući UPS sistemi koriste obrtne mašine kako bi izvršili

transformisanje istosmjerne u naizmjeničnu struju.

Ove dvije vrste UPS uredjaja su date na sljedećim slikama:

3

Slika 8.1. Statički UPS

Na predhodnim slikama date su blok šeme statičkih UPS-ova.

Rotirajući UPS sistemi imaju:

- visoku struju kratkog spoja generatora ( do 10. puta nazivne),

- galvansku izolaciju zbog korištenja motora i generatora, i

- nisku unutrašnju impedansu.

Slika 8.2. Rotirajući UPS

Statički UPS sistemi imaju svoje prednosti:

- rade u strujno ograničenom opsegu, npr do 2.33 In, čime je spriječeno

pregrijavanje

- kabela odnosno ograničena je struja kratkog spoja koja može oštetiti osjetljive

- elektroničke uredjaje;

- postoji mogućnost galvanskog odvajanja instaliranjem izolacionog

transformatora,

- korištenjem novih tehnologija u tranzistorskoj tehnici omogućavaju se dobre

osobine kod napajanja nelinearnih tereta,

- male dimenzije i težina, itd...

4

Slika 8.3. Blok dijagram UPS

Danas se uglavnom koriste statički UPS sistemi.

Uređaji za besprekidno napajanje (eng. Uninterruptible Power Supply, UPS) su se

pojavili prije više od 25 godina kao posljedica potrebe rješavanja problema iznenadnog

prekida u napajanju sistema,te samim tim uništenja opreme i normalnog funkcioniranja

kompletnog sistema. Danas ovi uređaji predstavljaju oko 95% ukupnog sistema za

rezervno napajanje.

Statički uređaji za besprekidno napajanje sastoje se od tri dijela i to:

- ispravljača koji transformira naizmjeničnu struju u jednosmjernu za potrebe

punjenja baterije,

- baterije u koju je pohranjena električna energija,

- statičkog izmjenjivača koji pretvara jednosmjernu struju baterije u naizmjeničnu.

Danas su svi vitalni dijelovi UPS-a sa tehnološke tačke gledišta riješeni, bez obzira da li

se radi o UPS-u male snage (250 VA) ili nekom puno veće snage (2000 VA).

Vrlo često se u kombinaciji sa statičkim uređajem za besprekidno napajanje ugrađuje i

dizel agregat, koji omogućava produženje vremena njegove autonomije. Ako dođe do

dužeg prekida u napajanju na zahtijev korisnika uključuje se dizel-agregat.

Prednosti UPS-a nad drugim rješenjima su:

- povećana efikasnost (smanjena cijena održavanja, smanjeni troškovi prilikom

napajanja),

- dobre karakteristike kod napajanja nelinearnih potrošača (koji sadrže više

harmonike,velike vršne vrijednosti struja napajanja od 2 do 3,5, te mali cosφ-od

0,65 do 0,8),

- digitalno upravljanje UPS-om,

- daljinsko upravljanje,

- poboljšanje pouzdanosti i lakše održavanje.

5

Kako su prekidi u napajanju ipak neizbježni, važno je na UPS-u tačno i brzo

dijagnosticirati kvar, te njegov popravak.Korisnik dobija tačan opis kvara na zaslonu

UPS-a ili daljinski, putem telefonske veze na svom računaru. Popravak se provodi brzo,

zamjenom modula u UPS-u koji je u kvaru. Time se vrijeme popravke računa u

minutama.

UPS uređaji moraju zadovoljavati dva osnovna kriterija, a to su:

- kontinuirano napajanje,

- kvalitet napajanja.

Da bi se povećala vjerovatnoća kontinuiranog i kvalitetnog napajanje potrebno je

provesti nekoliko sljedećih tehničkih rješenja:

- podjela sistema u sekcije tak da bi se omogućilo spajanje potrošača na više izvora,

- podjela električnih krugova na one koji napajaju važne potrošače i one ostale,

- izbor izvedbe uzemljenja, i

- selektivnost zaštitnih uređaja.

Ako su sve ove mjere dobro provedene mogu se smanjiti kvarovi u sistemu, a time i

povećati stepen neprekidnosti napajanja. Međutim, jedini način da se osigura neprekidno

napajanje je da se uvede rezervni izvor napajanja. Takav sistem preuzima napajanje

važnih potrošača u vremenu koje se definira kao vrijeme autonomije. Također se ne smije

zanemariti vrijeme prespajanja potrošača sa glavnog napajanja na rezervno koje se može

skratiti uvođenjem statičkih sklopki. Sve ove mjere nisu uvijek dovoljne da osiguraju

kvalitetno napajanje u toku određenih smetnji u napajanju i prolaznih nestanaka

napajanja. Današnji elektronički uređaji, kao što su računarski centri, upravljački procesi

u idustriji i dr., zahtijevaju napajanje bez smetnji. Takve procese omogućavaju sistemi za

besprekidno napajanje (UPS).

UPS sistemi uključuju sljedeće osnovne komponente:

- ispravljač,

- izmjenjivač (invertor),

- rezervni izvor napajanja (skup baterija),

- statička sklopka.

Funkcije UPS-a su sljedeće:

- rješavanje problema svih smetnji glavnog izvora napajanja,

- kompatibilnost sa svim zahtijevima osjetljivih elektroničkih uređaja,

- rezervni izvor napajanja, uglavnom baterije koje omogućavaju sigurnost

korisnika,

- statička sklopka omogućava prespajanje napajanja na rezervni izvor bez naponske

pauze.

UPS sistemi se (prema snazi izraženoj najčešće u VA) mogu podijeliti na:

- mikro UPS sisteme - do 250 VA

- mini UPS sisteme - 500-2000 VA

- srednje UPS sisteme - 3-20 kVA i

6

- velike UPS sisteme - 30-400 kVA.

8.2. OSNOVNI DIJELOVI SISTEMA ZA BESPREKIDNO NAPAJANJE

U jedinstvenom zatvorenom kućištu UPS modula nalaze se njegovi sastavni dijelovi:

- ispravljač,

- izmjenjivač (invertor),

- baterije i

- statička sklopka.

Ispravljač ispravlja naizmjenični napona glavnog izvora napajanja u istosmjerni napon,

što predstavlja izvor za izmjenjivač koji dalje napaja pšotrošače i ujedno nadopunjava

baterije. Ako nema napona na glavnom izvoru, baterija preuzima napajanje izmjenjivača,

odnosno potrošača, bez prekida u napajanju potrošača.

Slika 8.5. Sistem za besprekidno napajanje

8.2.1. Akumulatorske baterije

Baterije moraju osigurati pouzdan izvor električne energije za potrošače koji moraju

raditi kontinuirano za vrijeme nestanka napajanja.

U proteklih nekoliko desetina godina baterije sa tečnim elektrolitom široko su bile

korištene kao pomoćni izvor jednosmjernog napajanja u elektroenergetskim

postrojenjima.

Međutim, iako su pružale zadovoljavajuću uslugu u opskrbi potrošača, njihova cijena

održavanja (dodavanja vode, održavanje dobrog spoja), dovela je do uvođenja zatvorenih

7

olovnih baterija, tzv. VRLA (eng. Valve-Regulated Lead-Acid) baterija, koje se

karakteriziraju niskim troškovima održavanja, velikim kapacitetom i pouzdanošću.

Dizajnirane su tako da rade nesmetano bez ikakvog dodavanja vode.

Osim ovih postoje još i zatvorene olovne baterije sa apsorbiranim elektrolitom- AGB

baterije (eng.Absorptive Glass Mat Recombination Batteries), izrađene sa ograničenom

količinom tečnog elektrolita, zatim zatvorene olovne baterije sa gel elektrolitom, Ni-Cd

baterije, Litij polimerne baterije, i dr.

Osnovne karakteristike akumulatora

U ovom odjeljku će se razmotriti olovni i niklkadmijumski (čelični) akumulatori, koji

preovlađuju u primjeni uopšte (56 % olovni i 10 % čelični), a pogotovu za industrijsku (oko

65 % olovni i 35 % čelični) i primjenu za startne baterije kod motornih vozila (100 %

olovni). Oni se koriste za formiranje baterija električnih akumulatora u raznim objektima,

kako u stacionarnim, tako i u transportnim.

Kod olovnih akumulatora kao elektrolit se koristi sumporna kiselina (H2SO4), pozitivna

elektroda je izrađena od olovnog oksida (PbO2), a negativna od čistog olova (Pb). Tokom

njihovog pražnjenja na obje elektrode se taloži olovni sulfat (PbSO4), zbog čega opada

gustina elektrolita. Sa opadanjem gustine elektrolita, smanjuje se i izlazni napon. Za vrijeme

punjenja PbSO4 se razgrađuje, zbog čega gustina elektrolita raste.

Nazivni napon jednog para elektroda, odnosno jedne ćelije olovnih akumulatora je 2 V.

Najniži dozvoljeni napon pražnjenja (napon na priključnim krajevima ćelije) zavisi od struje

pražnjenja i orijentaciono iznosi 1.75 V. Baterija se ne smije prazniti ispod vrednosti koju je

zadao njen proizvođač.

Održavanje baterije u stanju potpune napunjenosti, s obzirom da postoji i samopražnjenje

baterije (i kada one nisu opterećene), se vrši naponom 2.23 V. Samopražnjenje se na 20 0C

vrši intenzitetom 0.2 % za 24 h i raste sa porastom temperature; u katalozima se često zadaje

i zavisnost napona održavanja baterije od njene temperature (na primjer, za promenu

temperature od 0 0C do 40

0C, napon održavanja se mjenja od 2.36 V do 2.19 V ).

Njeno punjenje do stanja potpune napunjenosti se može vršiti naponom 2.23 V, ali se

može ubrzati i većom vrijednošću - do 2.4 V. Pri naponu od 2.4 V dolazi do gasiranja

(razgrađivanja vode u elektrolitu na vodonik i kiseonik), što izaziva povećanje gubitaka i

zagrijevanja, a stvara trajni problem gubitka elektrolita, čiji se nivo mora periodično

provjeravati i održavati. Zbog toga punjenje u ovoj oblasti treba izbjegavati. Ako se ono

vrši, mora se ograničiti struja punjenja tako da temperatura (koja se povećava) nikako ne

pređe vrednost od 55 0C.

Preporučena struja punjenja baterije, u oblasti punjenja pri naponima manjim od

navedenih, se kreće od 1 do 2.5 nominalne vrijednosti struje pražnjenja baterije.

Kod savremenih olovnih akumulatora se kao rješenje za problem gasiranja koristi

rekombinacija gasa na elektrodama, i to na sljedeći način. Između ploča (pozitivne i

8

negativne) akumulatora se nalazi specijalni separator od silicijum dioksida, koji omogućava

dobru difuziju kiseonika od pozitivne elektrode (gde se on generiše) direktno do negativne

elektrode (gde on reaguje i ponovo formira vodu), neophodnu za uspješan proces

rekombinacije. Na pozitivnoj elektrodi dolazi do razgradnje vode i stvaranja kiseonika na

način: H2O 1/2 O2 + 2H+ + 2 e

-. Kiseonik se prenosi do negativne elektrode, gdje stupa u

hemijsku reakciju: Pb + H2SO4 + 1/2 O2 PbSO4 + H2O. U procesu punjenja

elektrohemijskom reakcijom se generiše olovo na negativnoj elektrodi - PbSO4 + 2H+ + 2 e

-

Pb + H2SO4, čime se kompletira ciklus. Sa obzirom na koncentraciju gasova unutar

kućišta akumulatora, oni mogu izazvati porast pritiska, zbog čega ovi akumulatori imaju

sigurnosni ventil, na koji se ispuštaju gasovi koji nisu rekombinovani i koji izazvaju

nedozvoljeno veliki pritisak unutar kućišta baterije. Istovremeno, ventil u normalnim radnim

uslovima vrši dobro zaptivanje baterije i ne dozvoljava ni izlazak gasova iz akumulatora

(kada je u njemu pritisak viši od atmosferskog) ni ulazak gasova u akumulator (kada je u

njemu pritisak niži od atmosferskog). Kvalitetni savremeni akumulatori imaju stepen

rekombinacije veći od 95 %; u se navodi da je on veći i od 98 %.

Čelični akumulatori koriste kalijumovu bazu (KOH) kao elektrolit, nikltrihidroksid

(Ni(OH)3) kao pozitivnu, a čist kadmijum (Cd) kao negativnu elektrodu. U toku pražnjenja

čeličnog akumulatora pozitivna elektroda se razgrađuje na nikldihidroksid (Ni(OH)2), a

negativna na kadmijumdihidroksid (Cd(OH)2). Za razliku od olovnih, kod čeličnih

akumulatora za vreme pražnjenja raste gustina elektrolita, a za vreme punjenja opada.

Nazivni napon po jednom paru elektroda, odnosno po jednoj ćeliji iznosi 1.2 V.

Napon punjenja iznosi 1.5 do 1.55 V, najniži napon pražnjenja 1.0 V, napon gasiranja

1.55 V, a napon održavanja u stanju potpune napunjenosti 1.4 V. Kod čeličnih akumulatora

je karakteristično da oni gube svoj kapacitet u toku vremena i u slučaju prisustva napona

održavanja (1.4 V). On se može povratiti punjenjem naponom 1.5 do 1.55 V.

Izbor jednog od dva navedena tipa baterija se vrši prema sledećim karakteristikama:

1. Čelični akumulatori su mehanički čvršći,

2. Čelični akumulatori mogu da rade pri niskim temperaturama ambijenta, dok olovni

ne mogu,

3. Olovni akumulatori mogu da rade pri višim temperaturama ambijenta (20 0C do

55 0C), dok čelični takođe mogu, ali takav rad nije preporučljiv,

4. Čelični akumulatori su jednostavniji za održavanje,

5. Čelični akumulatori ne razvijaju korozivne gasove,

6. Olovni akumulatori imaju veću iskoristljivost (odnos energije iskorišćene pri

pražnjenju i energije uložene pri punjenju),

7. Olovni akumulatori imaju manju varijaciju napona - manja je razlika napona

punjenja i pražnjenja,

8. Olovni akumulatori imaju manje troškove proizvodnje.

Prednosti 4. i 5. čeličnih akumulatora su "anulirane" savremenim olovnim akumulatorima

sa rekombinacijom gasa ("hermetički zatvorene" baterije).

9

Osnovna karakteristika akumulatora je njegov električni kapacitat (Qh), koji predstavlja

količinu elekriciteta (It) koju je pod određenim uslovima moguće uzeti iz akumulatora.

Vrijednost It zavisi od vremena pražnjenja - sa smanjenjem vremena (sa povećanjem struje

pražnjenja) smanjuje se i proizvod It. Zbog toga se nominalni kapacitet daje za normirano

vrijeme pražnjenje, koje za čelične akumulatore iznosi 5 h, a za olovne 10 h. U tablici I su

dati orijentacioni podaci o smanjenju kapaciteta sa smanjenjem vremena pražnjenja. U

nastavku ovog odeljka su dati relevantni podaci za olovne akumulatora dva proizvođača i

čelične akumulatore jednog proizvođača.

Tabela 8.1.

Vrijeme Kapacitet akumulatora (%)

pražnjenja (h) Olovni Čelični

10 100 103

5 90 100

3 81 96

1 63 83

0.5 50 80

Kapacitet akumulatora se definiše kao količina elektriciteta koju daje akumulator koji se

prazni do krajnjih mogućih granica. To znači da je vrijednost napona sve manja tokom

pražnjenja, pri čemu je njegova minimalna vrijednost definisana za pojedine tipove ćelija.

Minimalni napon na priključcima akumulatora zavisi od struje opterećenja i manji je za veće

struje, kada se ima i veći pad napona na unutrašnjoj otpornosti akumulatora. Često

pražnjenje baterije ispod propisane vrijednosti napona dovodi do skraćenja životnog vijeka

baterije. Kod nekih potrošača, koji su posebno osjetljivi na varijacije napona napajanja,

mora se provjeriti da li oni mogu da rade u čitavom opsegu napona normalnom za

standardni režim rada akumulatora. Drugim rječima, može se dogoditi da se kod nekih vrsta

potrošača zbog preniskog napona ne može iskoristiti cio deklarisani kapacitet akumulatora,

što će biti ilustrovano primjerom na kraju poglavlja.

Kapacitet zavisi i od temperature i oko nominalne temperature raste sa njenim porastom

(približno 0.5 % za 1 K) i obrnuto - opada sličnim intenzitetom (približno 0.75 % za 1 K) sa

smanjenjem temperature).

Iskoristivost električnog akumulatora se definiše kao odnos iskorišćene količine

elektriciteta prema uloženoj prilikom punjenja akumulatora, pri optimalnim uslovima

punjenja i pražnjenja. Ona iznosi 0.7 do 0.75 za čelične i 0.85 do 0.95 za olovne

akumulatore.

U literaturi se sreće i veličina "stepen energetskog iskorištenja", definisana kao odnos

dobijene i uložene energije (za olovne 0.67 do 0.75). Strujna iskoristivost i stepen

iskorištene snage se razlikuju zbog promjenljivog napona u procesima punjenja i pražnjenja

10

'hh

'n

AA

UnU

'U

1 2 n

'U

1 2 n

'U

11

22

mm

'hh

'm

AmA

UU

'hh

'mn

AmA

UnU

( a ) ( b ) ( c )

akumulatora. Sa obzirom da je u procesu punjenja napon viši nego u procesu pražnjenja

stepen iskorišćenja snage je manji od stepena iskorišćenja struje.

Formiranje baterije akumulatora

Baterije električnih akumulatora se formiraju serijskim, paralelnim ili kombinovanim

vezivanjem većeg broja akumulatorskih ćelija, sa ciljem da se dobije veći izlazni napon ili

veći ukupni kapacitet. Način tog vezivanja je prikazan na slici.

Slika 8.6. Načini formiranja baterija akumulatora (a) serijskim, (b) paralelnim i (c)

kombinovanim vezivanjem

Baterije akumulatora se formiraju na razne načine, zavisno od vrste objekta. Tako se, na

primjer, u stacionarnim objektima baterije većih kapaciteta formiraju u posebnim

prostorijama, postavljanjem akumulatorskih ćelija na određene stalke. One, manjih

kapaciteta, postavljaju se u ormare sa ostalom opremom, kada se obično koriste "hermetički

zatvorene baterije". Za transportna sredstva one se pakuju u sanduke, sa standardnim

vrijednostima izlaznog napona i definisanim kapacitetima.

Prilikom izrade stacionarnih baterija u posebnim prostorijama, moraju se slijediti određena

pravila:

- baterije se postavljaju na stalke, koji su električno izolovani od zemlje, jer se obično

radi o baterijama sa višim naponima (većim od 50 V);

- kao mjera zaštite od dodira previsokog napona, odnosno kao mera zaštite od

strujnog udara, koriste se sistemi pregrada, za odvajanje prostora gde se čovjek

kreće;

- pod u prostoriji je u blagom nagibu prema sabirnom kanalu, koji ja namjenjen da u

slučaju havarije odvodi elektrolit do sabirnog šahta;

11

- prostorija se dobro provjetrava, kako bi se smanjila koncentracija gasova, produkta

punjenja, koji bi mogli da stvore korozionu (zbog kapljica rastvora kiseline u gasu

koji isparava iz akumulatora) i eksplozionu atmosferu (kiseonik i vodonik stvaraju

praskavi gas); otvori za to provjetravanje se izrađuju tako da ulazni bude pri dnu

prostorije, a izlazni pri vrhu, na suprot jedan drugom; u slučaju prinudnog

provjetravanja na izlaznom otvoru se postavlja usisni ventilator.

Potrebna količina vazduha za provjetravanje klasičnih akumulatora bez rekombinacije

gasa se može procjeniti prema izrazu:

), l/h ( I m n 55 = Q * (8.1.)

gde su: n, m - broj ćelija u serijskoj, odnosno paralelnoj vezi,

I* - jačina struje koja razvija gasove i koja ima sljedeće vrednosti:

- kod olovnih akumulatora do napona 2.23 V - 1 A na svakih 100 Ah

nominalnog kapaciteta, a do napona 2.40 V - 2 A na svakih 100 Ah

nominalnog kapaciteta;

- kod čeličnih akumulatora do napona 1.40 V - 1 A na svakih 100 Ah

nominalnog kapaciteta, a do napona 1.55 V - 4 A na svakih 100 Ah

nominalnog kapaciteta.

Baterije sa rekombinacijom gasa u normalnim radnim uslovima oslobađaju veoma malu

količinu gasa, (za svaku ćeliju u toku meseca 2 ml po 1 Ah kapaciteta, pri naponu

održavanja od 2.23 V, odnosno 10 ml pri naponu od 2.4 V). Za njih se samo zahtjeva da je

omogućeno prirodno strujanje vazduha kroz ormar u kome su smeštene, pri čemu ne postoji

opasnost od stvaranja eksplozione i korozione atmosfere.

Dimenzioniranje i odabir baterija

Akumulatorske baterije moraju biti dimenzionirane tako da osiguraju sigurno napajanje

potrošača u određenom vremenskom periodu, nakon nestanka glavnog napajanja koje

obično ne traje duže od pet minuta.

Za pravilno dimenzioniranje potrebno je poznavati sljedeće parametre:

- snagu potrošača, i

- vrijeme autonomije.

odakle se može izračunati minimalni potrebni kapacitet baterije.

Pored ovih podataka potrebno je još poznavati:

- nazivni napon baterije,

- korisnost izmjenjivača, i

- faktor snage potrošača.

12

Pojednostavljeni model odabira kapaciteta baterije opisuju relacije kako slijedi:

TT SP cos (8.2.)

TG PP (8.3.)

GTU PPP (8.4.)

U

PI U

P (8.5.)

tIC P (8.6.)

gdje su:

PT,ST - aktivna i prividna snaga potrošača, respektivno;

PG,PU,η - gubici izmjenjivača, potrebna snaga baterije i korisnost izmjenjivača,

respektivno;

C,t,Ip,U - kapacitet baterije, vrijeme autonomije,struja pražnjenja baterije i nazivni

napon baterije, respektivno.

Za dublju analizu važno je još uzeti u obzir blago smanjenje izlaznog napona baterije sa

vremenom korištenja, zatim relativno malo povećanje unutrašnjeg otpora baterije tokom

pražnjenja, te utjecaj temperature na veličinu kapaciteta baterije, kao i utjecaj starenja

baterije na iznos njenog kapaciteta.

Baterija se sastoji od članaka-osnovnih dijelova baterije koji predstavljaju reverzibilni

izvor jednosmjernog napona. Članak čine pozitivna i negativna elektroda. Za nazivni

napon članka uzima se vrijednost od 2 V, a serijskim povezivanjem članaka povećava se

napon baterije.

Broj članaka baterije računa se prema izrazu:

ČDOP

N

ČDOP

S

U

U

U

Un

)07.105.1( (8.7.)

gdje su:

n - broj članaka baterije,

UČDOP - napon nadopunjavanja članaka (2.23-2.27 V po članku),

US - napon na jednosmjernim sabirnicama,

UN - nazivni napon baterije.

Zavisno od snage kompletnog UPS-a i njegove namjene, moguće su različite veličine

baterija, kao i to da baterije mogu biti ugrađene u kućište ili smještene izvan njega, u

posebnoj prostoriji.

Kada se govori o očuvanju baterija potrebno je voditi računa o sljedećim faktorima:

• atmosferski utjecaj:

- optimalna radna temperatura 15-25 0C,

- optimalna relativna vlažnost 5-95%

13

• ugradnja-pristup baterijama radi lakšeg održavanja,

• načini slaganja, nosivost i sl.

8.3. PROJEKTIRANJE SISTEMA ZA BESPREKIDNO NAPAJANJE

UPS predstavlja mjesto spajanja glavnog izvora napajanja i potrošača osiguravajući

potrošačima besprekidno napajanje bez obzira na stanje glavnog izvora napajanja.

Prilikom projektiranja UPS-a potrebno je zadovoljiti sljedeće zahtjeve:

1. dizajniranje UPS-a s obzirom na potrebnu snagu, pouzdanost i sl.

2. mogućnost ugradnje UPS-a u postojeće postrojenje,

3. siguran rad UPS-a, i

4. održavanje UPS-a.

Koncepcijska rješenja UPS-a zasnivaju se na tome da svaki sastavni dio UPS-a

predstavlja zaseban modul u zasebnom kućištu, pri čemu je moguće lagano izdvajanje

svakog modula iz pripadajućeg kućišta radi zamjene, održavanja i dr.

Pri projektiranju UPS-a potrebna je projektna dokumentacija koja mora obuhvatiti

sljedeće cjeline:

• Opšti opis:

- karakteristike potrošnje,

- standardi koje UPS mora zadovoljavati,

- zahtjevi koje UPS mora ispuniti tokom rada (vrijeme autonomije, prisustvo

dizel-agregata, itd.).

• Tehničke karakteristike:

- snaga UPS-a,

- ulazna snaga,

- zahtjevi za ispravljač/punjač, bateriju, izmjenjivač i statičku sklopku,

- selektivnost zaštitnih uređaja.

• Fizičke karakteristike:

- dimenzije,

- spajanje na glavni izvor napajanja i potrošnje,

- sistem ventilacije i

- sigurnost.

• Zaštitni uređaji u razvodu (osigurači i prekidači)

• Upravljanje

• Upozoravanje i mjerenja

• Pogonski zahtjevi:

- zahtjevi okoline i

- nivo buke.

14

Osnovni kriteriji koje projektni zadatak treba ispuniti tiču se:

- zadovoljenja potrebne snage potrošnje,

- odabira topološke strukture,

- vrijeme autonomije,

- veličina baterije.

Osim ovih potrebno je zadovoljiti i niz kriterija vezanih za ostale elemente UPS sistema:

- veličina zaštitnih uređaja,

- veličina zaštitnih uređaja koji štite bateriju,

- selektivnost zaštitnih uređaja,

- veličina kablova u razvodu,

- dimenzioniranje filtera, autotransformatora i dr.,

- dimenzioniranje komunikacijske i upravljačke opreme.

8.3.1. Određivanje potrebne snage

Potrebno je osigurati nazivnu snagu potrošnje u stacionarnom stanju, nazivnu struju

potrošača i kratkotrajna preopterećenja. Zahtjev za sigurnim radom i tokom

preopterećenja postiže se prebacivanjem potrošača na pomoćni izvor napajanja – dizel -

agregat preko tzv.bypassa. Ako je to nemoguće ostvariti, moraju se onemogućiti

pokretanja transformatora, asinhronih motora i drugih aparata koji izazivaju

preopterećenja. Obično se uzima da je faktor snage UPS-a 0,8. Ako je faktor snage svih

potrošača cosφ , tada mora biti:

cos8,0 SSn (8.8.)

gdjej je:

Sn – nazivna snaga UPS – a,

S – snaga potrošača,

cosφ – faktor snage potrošača.

Ako je faktor snage potrpšača mali (cosφ < 0.6), tada i pored zadovoljenog prethodnog

uslova (8.8.), struja potrošača može biti veća od nazivne struje izmjenjivača. Tada UPS

mora brzo registrirati preopterečenjem mjerenjem struja na izlazu iz izmjenjivača i

korištenjem energetskih tranzistora.

Proračun radnih snaga potrošača bazira se na dobro poznatim relacijama:

iii SP cos (8.9.)

iii SQ 2cos1 (8.10.)

2

1

2

1

2 coscos1

n

i

ii

n

i

ii SSS (8.11.)

15

gdje je:

Pi – radna snaga potrošača,

cosφi – faktor snage potrošača,

Qi – reaktivna snaga potrošača.