Nadmiarowość w systemach gwarantowanego zasilania (część 2)

Zgodnie z §181 ust. 1 powyższego rozporządzenia, w budynkach wysokich jednym z takich źródeł zasilania powinien być zespół prądotwórczy. Czasami istnieje konieczność zastosowania baterii akumulatorów z przeznaczeniem do rezerwowego zasilania odbiorników oraz instalacji mających wpływ na bezpieczeństwo [1].

Część 3 normy PN-IEC 60364 opisuje wymagania dotyczące źródeł zasilania rezerwowego, które mają służyć zapewnieniu bezpieczeństwa. Jako źródeła zapewniające bezpieczeństwo norma ta dopuszcza stosowanie: baterii akumulatorów, ogniw galwanicznych, zespołów prądotwórczych oraz oddzielnych linii zasilających z sieci rozdzielczej, niezależnych od linii zasilającej w warunkach normalnych. Zasilanie urządzeń zapewniających bezpieczeństwo może przebiegać samoczynnie z zapewnieniem ciągłości zasilania (bezprzerwowo) lub z określoną przerwą albo niesamoczynnie.

Powszechnie stosowane są układy rezerwowania zasilania [3]:

• z zastosowaniem układu dwustronnego zasilania z niezależnych źródeł,
• z zastosowaniem sekcjonowania szyn rozdzielnic nn, zasilanych z różnych transformatorów SN/nn,
• z zastosowaniem sekcjonowania szyn rozdzielnic nn, połączonego z automatyką SZR,
• z zastosowaniem zespołów prądotwórczych,
• z zastosowaniem układów zasilania z trzech niezależnych źródeł.

Największą wadą tradycyjnych sposobów zasilania rezerwowego jest czas konieczny na dokonanie przełączeń. W trakcie trwania tych czynności odbiory są pozbawione zasilania. Stosuje się układy ręcznego lub automatycznego przełączania zasilania. Coraz powszechniej stosuje się systemy komputerowe wspomagające sterowanie przełączaniem źródeł zasilających. Do zasilania odbiorników, dla których niedopuszczalna jest nawet krótkotrwała przerwa w dostawie energii elektrycznej, stosuje się zasilacze UPS w różnych układach zasilania.

niezawodność

W życiu codziennym nie ma układów o stuprocentowej niezawodności. Wszystkie urządzenia charakteryzują się współczynnikiem niezawodności pracy na poziomie niższym od jedności. Istnieje wiele różnych miar niezawodności pracy urządzeń. Jedną z nich jest współczynnik MTBF (Mean Time Between Failures), który definiowany jest jako średni okres między awariami, czyli wartość oczekiwana czasu między uszkodzeniami elementów powodujących utratę zdolności do realizacji funkcji, do których został stworzony. Jest on wyrażany w jednostkach czasu, np. godzinach [2]. Natomiast średni czas naprawy urządzenia rozumiany jako wartość oczekiwana czasu między wystąpieniem awarii a chwilą ponownej zdolności do realizacji funkcji, określa współczynnik MTTR (Mean Time To Repair). Najczęściej jest wyrażany w jednostkach czasu, np. godzinach.

Zasilacze UPS charakteryzują się najczęściej bardzo wysokim współczynnikiem MTBF. Jednak aby określić współczynniki MTBF w jednostkach względnych dla konkretnej instalacji zasilacza UPS, konieczna jest nie tylko bezwzględna wartość określona przez producenta, ale również czas naprawy w rzeczywistych warunkach. Czas naprawy zależy bowiem od czasu reakcji serwisu na awarię, czasu dojazdu do urządzenia, dostępności części zamiennych, czasu naprawy oraz czasu na wykonanie potrzebnych testów.

Wartość MTBF dla urządzeń produkowanych przez różnych producentów jest różna. Można przyjąć, że dla pojedynczego urządzenia UPS dobrej marki wartość MTBF wynosi 99,99790%. Jednak zmienia się wartość współczynnika MTBF dla grupy UPS-ów pracujących równolegle z redundancją, w zależności od liczby jednostek w grupie. Wydawać by się mogło, że im większa liczba jednostek w zestawie, tym wartość MTBF większa. W tym przypadku awaria jednej jednostki UPS nie powoduje przerwy w zasilaniu odbiorników. Tak jednak nie jest, ponieważ przy większej liczbie jednostek UPS rozbudowany jest układ sterowania tymi jednostkami, który jest wspólny dla całego układu. Ponadto przy większej liczbie jednostek w układzie wzrasta prawdopodobieństwo awarii kolejnej jednostki w czasie, gdy jedna już uległa awarii i jest niesprawna. Nadmierne zwiększanie liczby jednostek w układzie może spowodować, że wypadkowa wartość MTBF dla układu będzie mniejsza niż wartość MTBF dla pojedynczej jednostki [2].

Należy tu jednak zaznaczyć, że współczynniki MTBF podawane przez producentów UPS-ów dotyczą jedynie urządzeń UPS, bez uwzględnienia pozostałych elementów układu zasilania, takich jak: układy rozdzielnic przed i za UPS-ami, automatyki rozdzielnic, połączeń kablowych itp. Na niezawodność zasilania odbiorników duży wpływ ma również struktura i aparatura zastosowana w układzie dystrybucji energii oraz w obwodach odbiorczych zasilania odbiorników. Z tego powodu dokładna analiza niezawodności całego układu jest często bardzo złożona i trudna do przeprowadzenia. Przyjrzyjmy się dwóm wybranym układom zasilania gwarantowanego.