elektro.info

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

news 100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych...

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych instalacji PV przez 100 dni. Wychodząc naprzeciw ogromnemu zainteresowaniu fotowoltaiką prosumencką Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej zapowiada drugi konkurs. Do wykorzystania jest jeszcze ponad 90% z miliardowego budżetu programu.

BradyPrinter A8500: Pełna automatyzacja identyfikowalności płytek drukowanych w liniach SMT

BradyPrinter A8500: Pełna automatyzacja identyfikowalności płytek drukowanych w liniach SMT

Drukarka i aplikator etykiet BradyPrinter A8500 niezawodnie automatyzuje oznaczanie płytek z obwodami drukowanymi, co pozwala uzyskać pełną identyfikowalność. Urządzenie w sposób spójny drukuje i nakłada...

Drukarka i aplikator etykiet BradyPrinter A8500 niezawodnie automatyzuje oznaczanie płytek z obwodami drukowanymi, co pozwala uzyskać pełną identyfikowalność. Urządzenie w sposób spójny drukuje i nakłada nawet najmniejsze etykiety z naszej gamy automatycznie nakładanych etykiet poliimidowych, które są odporne na cały proces produkcji płytek drukowanych.

Źródła zasilania awaryjnego i gwarantowanego w układach zasilania obiektów budowlanych (część 1.)

mgr inż. Julian Wiatr | 2010-05-10
Typowa instalacja zespołu prądotwórczego w pomieszczeniu – elementy elastyczne, gdzie: 1 – izolatory antywibracyjne, 2 – połączenie giętkie w układzie wydechowym, 3 – połączenie giętkie w układzie wyrzutu ogrzanego powietrza

Przystępując do opracowania projektu układu zasilania obiektu budowlanego projektant musi przeprowadzić szczegółową analizę w zakresie wymagań pewności zasilania przez poszczególne odbiorniki planowane do zainstalowania w projektowanym obiekcie budowlanym.

Zróżnicowane wymagania dotyczące pewności zasilania wymusiły wprowadzenie klasyfikacji odbiorników energii elektrycznej na kategorie zasilania, które można podzielić zgodnie z kryterium przyjętym w gospodarce energetycznej na:

  • odbiorniki III kategorii zasilania – odbiorniki, w których dowolnie długa przerwa w dostawie energii elektrycznej nie spowoduje negatywnych skutków,
  • odbiorniki II kategorii zasilania – odbiorniki, w których krótka przerwa w dostawie energii elektrycznej (do kilku minut) nie spowoduje negatywnych skutków,
  • odbiorniki I kategorii zasilania – odbiorniki, w których nawet krótka przerwa w dostawie energii elektrycznej może spowodować zagrożenie życia ludzi lub znaczne straty materialne spowodowane np. przerwaniem procesu produkcyjnego.

 

Przykładowy układ zasilania obiektu budowlanego, w którym występują wszystkie kategorie zasilania, przedstawia rysunek 1.

Zespoły prądotwórcze (ZP)

Zespół prądotwórczy jest powszechnie stosowanym źródłem zasilania awaryjnego obiektów budowlanych. Podstawowymi elementami składowymi zespołu prądotwórczego są:

  • silnik spalinowy, który zamienia energię chemiczną paliwa na energię mechaniczną,
  • generator służący do zamiany energii mechanicznej na energię elektryczną,
  • regulator prędkości obrotowej,
  • regulator napięcia generatora,
  • układ wzbudzenia generatora,
  • układ sterowania,
  • układ rozruchu,
  • aparatura łączeniowa.

 

Na rynku dostępne są zespoły o mocach od kilku kVA do 6 MVA przeznaczone do różnych sposobów eksploatacji do zabudowy w pomieszczeniu lub w zabudowane w wolno stojącym kontenerze. Sposób eksploatacji zespołu prądotwórczego ma wpływ na wiele czynników, takich jak: żywotność, ekonomiczność, niezawodność pracy itp. W związku z tym przed podjęciem decyzji o zakupie zespołu prądotwórczego należy uzgodnić z producentem sposób jego eksploatacji. Do podstawowych sposobów eksploatacji zespołów prądotwórczych należy zaliczyć:

  • eksploatację ciągłą, podczas której zespół prądotwórczy pracuje nonstop, a przerwy w pracy są spowodowane koniecznością prowadzenia napraw lub obsługi serwisowej,
  • eksploatację czasową, podczas której zespół prądotwórczy pracuje w określonych, ograniczonych przedziałach czasu.

 

Zespół prądotwórczy może pracować samodzielnie, w układzie równoległym, gdzie współpracują ze sobą dwa lub więcej zespoły lub synchronicznie z siecią elektroenergetyczną. W przypadku synchronicznej pracy zespołu prądotwórczego z siecią elektroenergetyczną należy uzyskać zgodę od zarządcy sieci elektroenergetycznej oraz uzgodnić warunki tej współpracy. W tabeli 1. zostały podane najważniejsze wymagania graniczne wartości eksploatacyjnych przebiegów napięcia i częstotliwości dla poszczególnych klas wymagań zgodnie z wymaganiami normy PN-ISO 8528-5 Zespoły prądotwórcze prądu przemiennego napędzane silnikiem tłokowym. Zespoły prądotwórcze.

Zgodnie z PN-ISO 8528-1 Zespoły prądotwórcze prądu przemiennego napędzane silnikiem spalinowym tłokowym. Zastosowanie, klasyfikacja i wymagania eksploatacyjne, występują cztery klasy wymagań eksploatacyjnych:

  • klasa wymagań G1 – dotyczy odbiorników, które wymagają spełnienia podstawowych parametrów w zakresie napięcia oraz częstotliwości, takich jak np. oświetlenie ogrzewanie elektryczne itp.,
  • klasa wymagań G2 – dotyczy zasilania odbiorników, dla których wymagania w zakresie jakości dostarczanej energii elektrycznej są zbliżone do wymagań określonych w odniesieniu do publicznych sieci elektroenergetycznych. W przypadku zmian w obciążeniu dopuszczalne są chwilowe odchylenia od znamionowych wartości napięcia i częstotliwości. Do odbiorników spełniających wymagania tej klasy należy zaliczyć: oświetlenie, pompy, wentylatory, dźwigi itp.,
  • klasa wymagań G3 – dotyczy zasilania odbiorników o zwiększonych jakościowych wymaganiach w zakresie dostarczanej energii elektrycznej. Przykładem takich urządzeń mogą być zasilacze UPS, systemy telekomunikacyjne itp.,
  • klasa G4 – dotyczy zasilania odbiorników o wysokich wymaganiach w zakresie dostarczanej energii elektrycznej.

 

Zespoły prądotwórcze dzieli się również ze względu na czas rozruchu, tj. czas, jaki upływa od chwili zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej do chwili jego podania z generatora zespołu prądotwórczego:

  • z długotrwałym zanikiem napięcia,
  • z krótkotrwałym zanikiem napięcia,
  • bez zaniku napięcia.

 

Zespoły z długotrwałym zanikiem napięcia są urządzeniami powszechnie stosowanymi w układach zasilania awaryjnego. Zespół taki wyposażony jest w automatykę samorozruchu i samozatrzymania. Po zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej automatyka zespołu uruchamia procedurę rozruchu zespołu. Zespoły te dla ułatwienia rozruchu są wyposażone w grzałki przeznaczone do ogrzewania bloku silnika napędowego. Grzałki te są zasilane w układzie wyposażonym w termostat, dzięki czemu utrzymywana jest stała temperatura bloku silnika. Moc grzałek jest uzależniona od mocy zespołu prądotwórczego i określana przez producenta zespołu. Zasilanie grzałek jest realizowane z rozdzielnicy potrzeb własnych zespołu. 

Załączenie odbiorów zasilanych z zespołu odbywa się automatycznie przez układ automatyki SZR i może być realizowane jednocześnie lub sekwencyjnie. Automatyka zespołu po zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej wypracowuje procedury uruchomienia zespołu z kilkusekundowymopóźnieniem. Takie rozwiązanie jest konieczne dla uniknięcia zbędnych rozruchów powodowanych zapadami lub krótkotrwałymi zanikami napięcia. Opóźnienie te wynosi na ogół 5 - 10 sekund. Czas, jaki upływa od zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej do podania go ze źródła awaryjnego, na ogół nie przekracza 1 minuty. Po powrocie napięcia w sieci elektroenergetycznej automatyka SZR powoduje przełączenie zasilania na tor zasilania podstawowego nie wyłączając zespołu. Po przełączeniu zespół prądotwórczy pracuje na biegu jałowym około 3 minuty w celu wychłodzenia generatora. Na rysunku 2. został przedstawiony schemat zespołu prądotwórczego z krótkim czasem rozruchu.

W normalnych warunkach zasilania silnik elektryczny synchroniczny (1) pobiera energię z sieci elektroenergetycznej i napędza generator (2) oraz koło zamachowe (3). Sprzęgło (4) jest rozłączone. Generator pracuje na biegu jałowym. Z chwilą zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej następuje otwarcie łącznika Q1 oraz automatyczne zamknięcie sprzęgła (4). Zgromadzona energia kinetyczna w kole zamachowym powoduje szybki rozruch silnika spalinowego (5), który w krótkim czasie przejmuje napęd generatora (2). Podanie napięcia z generatora powoduje automatyczne przełączenie łącznika Q2 na zasilanie ze źródła awaryjnego i podanie napięcia do odbiorników. Czas, w którym odbiorniki pozostają bez dostawy energii elektrycznej, na ogół nie przekracza 2 s. Na rysunku 3. został przedstawiony schemat zespołu prądotwórczego z zerowym czasem przełączenia na zasilanie awaryjne.

W układzie przedstawionym na rysunku 3. zastosowano silnik elektryczny synchroniczny o mocy równej mocy generatora zespołu prądotwórczego. Zasilanie odbiorników jest realizowane w sposób ciągły nie z sieci elektroenergetycznej, lecz z generatora zespołu prądotwórczego. W normalnym stanie pracy silnik elektryczny (1) jest zasilany z sieci elektroenergetycznej i napędza generator zespołu (2) wraz z kołem zamachowym (3). W przypadku zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej, sprzęgło (4) łączy koło zamachowe z silnikiem spalinowym (5). Zgromadzona w kole zamachowym energia kinetyczna jest w stanie spowodować szybki rozruch silnika spalinowego, który przejmuje napęd generatora zespołu. Łącznik Q2 w tym przypadku spełnia jedynie funkcję serwisową.

Zespół prądotwórczy pracujący w układach zasilania awaryjnego może być instalowany w kontenerze ustawianym na fundamencie betonowym poza budynkiem lub w specjalnie do tego celu przygotowanym pomieszczeniu, powszechnie nazywanym agregatornią. Zarówno w jednym, jak i w drugim przypadku instalacja zespołu wymaga czerpni powietrza oraz odprowadzenia spalin i odpowiedniej wentylacji pomieszczenia. Problem ten powinien zostać rozwiązany przez projektanta instalacji sanitarnych na podstawie wymagań określonych przez producenta. Zespół instalowany przez producenta w kontenerze stanowi kompletne urządzenie pod względem elektrycznym oraz sanitarnym. Natomiast w przypadku adaptowania pomieszczenia do instalacji zespołu prądotwórczego należy spełnić wszelkie wymagania określone przez producenta. Na rysunku 4. został przedstawiony przykład instalacji zespołu prądotwórczego w pomieszczeniu.

Pomieszczenie, w którym zostanie zainstalowany zespół prądotwórczy, należy wyposażyć rozdzielnicę potrzeb własnych, oświetlenie, gniazda odbiorcze oraz instalację elektryczną sterowania wentylacją oraz innymi urządzeniami projektowanymi w zależności od potrzeb.

Na rysunku 4. pokazano przykładowe pomieszczenie z zamontowanym zespołem prądotwórczym wyposażonym w ścienną czerpnię i wyrzutnię powietrza. Zespół prądotwórczy wytwarza ciepło pochodzące z następujących źródeł: silnika, prądnicy (alternatora), chłodnicy, rury wydechowej i tłumika wydechu.

Nieodpowiednia wentylacja pomieszczenia z pracującym ZP może spowodować niepożądany wzrost temperatury w pomieszczeniu. Może to doprowadzić do spadku mocy silnika, a w konsekwencji do unieruchomienia zespołu. W takim przypadku należy zastosować chłodzenie wymuszone np. wentylatorami. Najkorzystniejszy przepływ powietrza w pomieszczeniu powinien być w kierunku: prądnica ⇒ silnik ⇒ chłodnica. Rozwiązanie takie pozwała nie tylko na usunięcie ciepła wytworzonego przez ZP, ale również dostarcza niezbędną ilość świeżego powietrza do spalania. Na rysunku 5. przedstawione jest prawidłowe, klasyczne rozplanowanie pomieszczenia agregatorni. Na tym samym rysunku zaznaczone zostały przykładowe wymiary i odległości w typowej instalacji ZP o mocy rzędu 60 - 80 kVA.

Dobór mocy zespołu prądotwórczego

Za podstawę doboru mocy zespołu prądotwórczego należy przyjąć wartość mocy czynnej zapotrzebowanej oraz mocy biernej zapotrzebowanej przez odbiorniki, które mają zostać objęte systemem zasilania awaryjnego. Moc czynną zapotrzebowaną należy wyznaczyć z następującego wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor1
(1)

gdzie:

PZ – moc czynna zapotrzebowana, w [kW],

kZ – współczynnik zapotrzebowania, w [-],

Pi – moc czynna i-tego odbiornika objętego systemem zasilania awaryjnego, w [kW].

Kolejnym krokiem jest obliczenie mocy biernej zapotrzebowanej, którą należy wyznaczyć w następujący sposób:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor2
(2)

gdzie:

QZ – moc bierna zapotrzebowana, w [kvar],

cosϕi – współczynnik mocy i-tego odbiornika objętego systemem zasilania gwarantowanego, w [-].

Na podstawie obliczonej wartości mocy czynnej zapotrzebowanej oraz mocy biernej zapotrzebowanej należy obliczyć współczynnik mocy cosϕZ:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor3
(3)

gdzie:

cosϕZ – współczynnik mocy obliczony na podstawie mocy czynnej zapotrzebowanej oraz mocy biernej zapotrzebowanej, w [-].

Kolejnym krokiem jest obliczenie minimalnej mocy czynnej, jaką musi dysponować generator zespołu prądotwórczego. Wyznaczenie mocy pozornej na podstawie mocy czynnej zapotrzebowanej oraz mocy biernej zapotrzebowanej ze wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor4
(4)

może prowadzić do błędnych wyników.

Ponieważ generator zespołu prądotwórczego musi pokryć zapotrzebowanie mocy czynnej PZ oraz mocy biernej QZ, w przypadku, gdy generator wytwarza energię przy współczynniku mocy cosϕZ<cosϕnG, zmniejsza się zdolność wykorzystania mocy czynnej generatora ze względu na obciążalność cieplną stojana.

Silnik spalinowy napędzający generator jest dostosowany do mocy czynnej generatora, czyli do pracy generatora przy znamionowym współczynniku mocy cosϕnG, zatem w przypadku wytwarzania energii elektrycznej przy współczynniku cosϕZ<cosϕnG skutkuje zmniejszeniem jego wykorzystania. Względne obciążenie generatora mocą czynną można określić współczynnikiem wykorzystania, który należy obliczyć ze wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor5
(5)

Wymagana minimalna moc czynna zespołu prądotwórczego musi spełniać następującą nierówność:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor6
(6)

Obliczony ze wzoru (5) współczynnik wykorzystania p należy podstawić do wzoru (6). W przypadku, gdy p≥1, do wzoru (6) należy wstawić wartość 1. Wartość współczynnika mocy cosϕnG należy przyjąć zgodnie z DTR zespołu prądotwórczego. W przypadku braku informacji w tym zakresie można przyjmować cosϕnG=0,8. Moc pozorna zespołu prądotwórczego musi spełniać następującą nierówność:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor7
(7)

gdzie:

PGmin – minimalna moc czynna, jaką musi dysponować generator zespołu prądotwórczego, w [kW].

Mała wartość współczynnika mocy cosϕZ powoduje zmniejszenie siły elektromotorycznej generatora wskutek rozmagnesowującego działania składowej biernej prądu obciążenia. Jeżeli generator oddaje większą moc bierną niż znamionowa, ze względu na konieczność utrzymania napięcia znamionowego i nieprzeciążanie wirnika, należy zmniejszyć moc czynną obciążenia. W dopuszczalnych dla prądów wirnika granicach, automatyka zespołu prądotwórczego reguluje wartość prądu wzbudzenia utrzymując na stałym poziomie wartość napięcia wyjściowego generatora. Zatem wytwarzanie energii elektrycznej przez generator zespołu prądotwórczego przy współczynniku mocy cosϕZ<cosϕnG skutkuje koniecznością zwiększenia jego mocy do wartości umożliwiającej pełne pokrycie mocy czynnej zapotrzebowanej PZ oraz mocy biernej zapotrzebowanej QZ.

Wprowadzanie układów kompensacji mocy biernej (szczególnie indukcyjnej) jest niewskazane ze względu na charakter pracy źródła zasilającego i w konsekwencji może doprowadzić do przedwczesnego zniszczenia kondensatorów. W przypadku, gdy zespół prądotwórczy służy do zasilania silników elektrycznych, za podstawę doboru mocy należy przyjmować prądy rozruchowe silników, które nie mogą przekraczać wartości prądu znamionowego generatora z uwzględnieniem jego chwilowego przeciążenia określonego w DTR producenta. Natomiast gdy zespół prądotwórczy zasila odbiorniki nieliniowe, powstają zniekształcenia prądu pobieranego ze źródła. Zniekształcenia te powodują pojawianie się w sieci zasilającej oraz instalacji odbiorczej harmonicznych, interharmonicznych i subharmonicznych, które na ogół nie są w fazie z napięciem.

Zjawisko wyższych harmonicznych powoduje, że oprócz mocy czynnej i biernej pojawia się moc deformacji V, co oznacza, że moc pozorna nie może być określona jako iloczyn prądu i napięcia podstawowej harmonicznej. Wartość mocy deformacji V zależy od stopnia odkształcenia przebiegów napięcia i prądów, czyli od zawartości wyższych harmonicznych, a w układach wielofazowych również od stopnia asymetrii. W przypadku obciążeń asymetrycznych współczynnik mocy cosϕ nie jest jednakowy dla poszczególnych faz. W każdej fazie jego wartość może być różna i uzależniona od wartości mocy czynnej i biernej obciążającej fazę. Niepożądanym skutkiem niesymetrycznego obciążenia jest wzrost wartości napięcia ponad wartość znamionową w fazie najmniej obciążonej.

Oszacowanie wartości mocy deformacji powodowanej niesymetrycznym obciążeniem jest dość trudne, zatem zgodnie z zaleceniami producentów zespołów prądotwórczych podczas projektowania układu zasilania awaryjnego należy zadbać, by przy zasilaniu odbiorników przez awaryjny zespół prądotwórczy asymetria obciążenia nie przekraczała 20 %. Moc pozorną zapotrzebowaną przez odbiornik nieliniowy należy określić wzorem:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor8 1
(8)

Moc czynna przebiegu odkształconego jest sumą mocy czynnych harmonicznych napięcia i prądu o tej samej częstotliwości, czyli:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor9 1
(9)

Natomiast moc bierną przebiegu odkształconego obliczamy z powszechnie akceptowalnego wzoru (16):

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor10
(10)

Natomiast moc pozorna obwodu liniowego jest określona następującym wzorem:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor11
(11)

W tym przypadku moc deformacji V=0. 

Ilustrację graficzną mocy P,Q,V, S1 i S przedstawia rysunek 6.

Rysunek 6. wyjaśnia również, że dla obwodów nieliniowych współczynnik mocy nie może zostać określony wzorem (3), który jest słuszny dla obwodów liniowych:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor12
(12)

W obwodach nieliniowych współczynnik mocy jest definiowany jako (rys. 6.):

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor13
(13)

gdzie:

ϕk – przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem i prądem dla harmonicznej rzędu k:

Prąd znamionowy urządzenia trójfazowego pobierającego prąd odkształcony należy wyrazić wzorem:

Z równań (13) oraz (14) wynika, że przy ustalonej wartości prądu znamionowego In urządzenia i wzroście odkształcenia prądu rzeczywiście przepływającego przez to urządzenie zmniejsza się moc znamionowa czynna, którą można je obciążyć. Zatem odbiorniki nieliniowe pobierające prąd zniekształcony z generatora powodują zmniejszenie możliwości wykorzystania mocy czynnej generatora zespołu prądotwórczego. W celu pokrycia mocy zapotrzebowanej przez te odbiorniki moc generatora musi ulec zwiększeniu. Minimalną moc czynną generatora niezbędną do pokrycia mocy zapotrzebowanej przez te odbiorniki należy wyznaczyć ze wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor15
(15)

gdzie:

p – współczynnik wykorzystania określony wzorem (5), w [-],

Pz – moc czynna zapotrzebowana przez odbiorniki objęte systemem zasilania awaryjnego, w [kW],

PGmin – wymagana minimalna moc czynna generatora zespołu prądotwórczego, w [kW],

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor15a
(15a)

współczynnik zniekształcenia, w [-], w którym:

THDi% – współczynnik odkształcenia prądu, w [-].

Natomiast moc pozorną zespołu prądotwórczego określamy zgodnie ze wzorem (7).

Wartość współczynnika THDi% zawartości harmonicznych w odkształconym przebiegu prądu, należy wyznaczyć ze wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor16
(16)

gdzie:

Ik – wartość skuteczna k-tej harmonicznej prądu, w [A],

I1 – wartość skuteczna harmonicznej podstawowej prądu, w [A],

k – rząd harmonicznej, w [-].

Przykładowe wartości współczynnika W, w zależności od wartości współczynnika THDi%, przedstawiono w tabeli 2.

Wraz ze wzrostem współczynnika THDi%, maleje współczynnik zniekształceń W, a zatem moc generatora niezbędna do pokrycia mocy zapotrzebowanej ulega zwiększeniu.

Dobór mocy zasilaczy UPS

Podstawą doboru mocy zasilacza UPS jest moc czynna i bierna zapotrzebowana przez odbiorniki, które mogą być zasilane z dobieranego zasilacza UPS. Moc czynną zapotrzebowaną należy wyznaczyć ze wzoru (1), natomiast moc bierną zapotrzebowaną należy obliczyć ze wzoru (2). Kolejnym krokiem jest obliczenie minimalnej mocy pozornej na podstawie mocy czynnej zapotrzebowanej oraz mocy biernej zapotrzebowanej ze wzoru (17) (określona zgodnie ze wzorem 17 moc pozorna dotyczy mocy UPS-a, która jest podawana w katalogach producentów):

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor17
(17)

W przypadku, gdy systemem zasilania gwarantowanego zostaną objęte silniki, zasilacz UPS musi zapewnić pokrycie zwiększonego zapotrzebowania na moc, wynikającego z rozruchu zasilanych silników. W przypadku zasilania odbiorników nieliniowych wyznaczenie mocy czynnej zapotrzebowanej należy obliczyć ze wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor18
(18)

gdzie:

Wi – współczynnik zniekształcenia określonego wzorem (15a).

Uwzględnienie prądów rozruchowych oraz odkształconych przy doborze mocy zasilacza UPS jest niezbędne dla jego poprawnego funkcjonowania. UPS o zbyt małej mocy przeznaczony do zasilania odbiorników nieliniowych lub silników elektrycznych przy wzroście obciążenia automatycznie przejdzie na by-pass zewnętrzny, co będzie skutkowało pozbawieniem układu zasilania funkcji napięcia gwarantowanego.

Przy doborze zasilacza UPS należy również zwrócić uwagę na znamionowy współczynnik szczytu, który określa, ile może zostać przekroczona chwilowa wartość szczytowa prądu w stosunku do rzeczywistej wartości skutecznej tego prądu. W produkowanych obecnie zasilaczach UPS współczynnik szczytu wynosi na ogół 3. Jeżeli wartość współczynnika szczytu w przebiegu prądu pobieranego z UPS-a przekroczy wartość znamionowego współczynnika szczytu, to mogą wystąpić zakłócenia w pracy zasilacza, łącznie z jego wyłączeniem.

Ponieważ zasilacz UPS musi pokryć zapotrzebowanie mocy czynnej PZ oraz mocy biernej QZ, w przypadku, gdy UPS konwertuje energię przy współczynniku mocy cosϕZ<cosϕnUPS, zmniejsza się zdolność wykorzystania mocy czynnej UPS ze względu na możliwości przełączeniowe układu półprzewodnikowego falownika. Falownik zasilacza UPS zasilający odbiorniki posiada ograniczenia wydajności mocy czynnej związanej z kształtowaniem przebiegu napięcia przy poborze prądu odbiorników zarówno o charakterze pojemnościowym, jak i indukcyjnym, czyli cosϕ− nUPS, zatem w przypadku wytwarzania energii elektrycznej przy współczynniku cosϕZ<cosϕnUPS skutkuje zmniejszeniem jego wykorzystania. Względne obciążenie zasilacza UPS mocą czynną można określić współczynnikiem wykorzystania, który należy obliczyć ze wzoru:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor19
(19)

Wymagana minimalna moc czynna zespołu prądotwórczego musi spełniać następującą nierówność:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor20
(20)

Obliczony ze wzoru (19) współczynnik wykorzystania p należy podstawić do wzoru (20). W przypadku, gdy p≥1, do wzoru (20) należy wstawić wartość 1. Wartość współczynnika mocy cosϕnUPS należy przyjąć zgodnie z DTR zasilacza UPS.

W przypadku braku informacji w tym zakresie można przyjmować cosϕnUPS=0,8 dla zasilaczy UPS o konstrukcji transformatorowej lub cosϕnUPS=0,9 dla zasilaczy beztransformatorowych z falownikiem IGBT. Moc pozorna zasilacza UPS musi spełniać następującą nierówność:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor21
(21)

gdzie:

Pmin – minimalna mocy czynna, jaką musi pokryć generator zespołu prądotwórczego, w [kW],

Mała wartość współczynnika mocy cosϕZ powoduje przeciążenie falownika, a w konsekwencji może doprowadzić do jego wyłączenia lub przełączenia zasilacza UPS na wewnętrzny tor obejściowy. Jeżeli zasilacz UPS oddaje większą moc bierną niż znamionowa, ze względu na konieczność utrzymania napięcia znamionowego i nieprzeciążanie falownika należy zmniejszyć moc czynną obciążenia. Zatem wytwarzanie energii elektrycznej przez zasilacz UPS przy współczynniku mocy cosϕZ<cosϕnUPS skutkuje koniecznością zwiększenia jego mocy pozornej do wartości umożliwiającej pełne pokrycie mocy czynnej zapotrzebowanej PZ oraz mocy biernej zapotrzebowanej QZ.

Zasilacze DC – siłownie telekomunikacyjne (STK)

Siłownia telekomunikacyjna jest to zasilacz stałoprądowy, którego zasada działania jest podobna do działania zasilacza UPS. Zasilacz ten służy do wytworzenia napięcia 48 V DC i jest przeznaczony do zasilania central telekomunikacyjnych. W przypadku zaniku napięcia zasilającego w sieci elektroenergetycznej, energia czerpana jest z baterii stanowiących element składowy zasilacza.Dobór STK, polega na przyjęciu określonego typu urządzenia i wyznaczeniu liczby niezbędnych zasilaczy, w które należy wyposażyć dobieraną siłownię. Liczba dobieranych zasilaczy N, ze względów eksploatacyjnych musi zostać powiększona o jeden moduł, czyli:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor22
(22)

Podstawą wszelkich obliczeń jest moc czynna zapotrzebowana przez centrale (PC), która będzie zasilana przez dobieraną STK. W celu ułatwienia prowadzenia tych obliczeń podane zostaną niezbędne wzory:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor23
(23)
ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor24
(24)
ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor25
(25)
ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor26
(26)
ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor27
(27)
ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor28
(28)

gdzie:

P’wejSTK – moc czynna wejściowa siłowni telekomunikacyjnej, w [W],

PwejSTK – moc czynna wejściowa siłowni telekomunikacyjnej niezbędna do pokrycia mocy zapotrzebowanej przez zasilane odbiorniki, w [W],

PC – moc zapotrzebowana przez centralę, w [W],

N – liczba wymaganych zasilaczy DC, w [-],

PLB – moc ładowania baterii, w [W],

IL – prąd ładowania baterii, w [A],

P1 – moc pojedynczego zasilacza, w [W],

Inc – całkowity prąd pobierany przez centralę, w [A],

Tp – czas podtrzymania zasilania przy pracy bateryjnej, w [h],

TL – czas ładowania baterii (przyjmuje się 10 h),

Unc – napięcie znamionowe STK, w [W].

Na rysunku 7. został przedstawiony algorytm doboru siłowni telekomunikacyjnej.

Moc wejściową STK, której znajomość jest niezbędna przy bilansie mocy zapotrzebowanej przez zasilany obiekt budowlany, należy wyznaczyć ze wzorów:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor29
(29)

gdzie:

cosϕwejSTK – współczynnik mocy wejściowej STK, w [-],

QwejSTK – moc bierna zapotrzebowana przez STK, w [var],

W przypadku zasilania STK z zespołu prądotwórczego, gdy THDi zbliża się do 8 %, a moc generatora zespołu prądotwórczego nie została przewymiarowana, należy mieć świadomość, że długotrwałe obciążenie w tym stanie spowoduje przedwczesne wyeksploatowanie zespołu. Należy zatem w takim przypadku unikać długotrwałej pracy przy pełnym obciążeniu generatora.

Tandem UPS – zespół prądotwórczy

W celu uzyskania większej niezawodności do systemu zasilania gwarantowanego wprowadza się dodatkowe źródła zasilania awaryjnego, tj. zespół prądotwórczy. Taki układ zapewnia bardzo duże bezpieczeństwo i daje pewność, że w razie awarii sytemu zasilania podstawowego urządzenia o znaczeniu krytycznym będą zasilane bez przerw, co uchroni odbiorców od wielu, niejednokrotnie poważnych strat, a tym samym strat spowodowanych przerwami w dostawie energii elektrycznej.

Zasilacz UPS powinien być dobierany do oszacowanej mocy odbiorników. Należy pamiętać, by sumaryczna moc odbiorników nie przekraczała ani wyjściowej mocy czynnej, ani wyjściowej mocy pozornej zasilacza. Wskazane jest niewielkie przewymiarowanie zasilacza (10 - 20 %), które stanowiłoby rezerwę na okresowy wzrost lub błędy w szacowaniu mocy odbiorników. UPS przeznaczony do współpracy z zespołem prądotwórczym powinien stanowić barierę między odbiorami a zespołem. Chodzi o maksymalne wyeliminowanie wpływu na zespół odkształconych prądów pobieranych przez odbiory nieliniowe (np. urządzenia komputerowe). Powinien to być UPS, który nie wiąże kształtu prądu wejściowego z kształtem prądu pobieranego przez odbiory.

Zespół prądotwórczy powinien bezpiecznie pokrywać zapotrzebowanie zasilacza UPS i odbiorników kategorii II. Jego moc jest sumą mocy pobieranej przez UPS w stanie pełnego obciążenia i mocy odbiorników kategorii II:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor30
(30)

gdzie:

PUPSwe – moc wejściowa zasilacza UPS, w [kW],

PII – moc sumaryczna odbiorników kategorii II, w [kW].

Moc wejściową zasilacza UPS obliczamy korzystając z zależności:

ei 6 2009 zrodla zasilania awaryjnego wzor31
(31)

gdzie:

PUPSwe – wyjściowa moc czynna zasilacza UPS, w [kW],

η – sprawność zasilacza UPS, w [-],

W – współczynnik przewymiarowania zespołu biorący pod uwagę między innymi odkształcenie prądu wejściowego zasilacza UPS,

PB – dodatkowa moc wejściowa zasilacza związana z ładowaniem baterii (co najmniej 25 % mocy znamionowej zasilacza), w [kW].

Jeżeli zasilacz UPS ma możliwość rozbudowy (zwiększenie mocy wyjściowej przewidziane w konstrukcji urządzenia), należy brać pod uwagę największą moc wyjściową zasilacza. Zalecane jest też stosowanie zasilaczy wyposażonych w specjalny interfejs do współpracy z zespołem prądotwórczym, pozwalający aktywnie ograniczyć prąd wejściowy przez zablokowanie funkcji ładowania baterii do chwili powrotu napięcia sieci. Wówczas można zrezygnować z 25-procentowej nadwyżki mocy zespołu, niezbędnej do ewentualnego ładowania baterii.

Do współpracy z zespołem prądotwórczym zaleca się stosowanie zasilaczy UPS wyposażonych w filtr redukujący zawartość harmonicznych w prądzie wejściowym do poziomu około 10 % (głębsza redukcja jest bezcelowa, nie wpływa znacząco na poprawę charakterystyki współpracy zasilacza z agregatem, nie jest więc uzasadniona ekonomicznie). Nie powinno się stosować innych topologii zasilaczy niż on-line, gdyż tylko taka gwarantuje, że poprawność współpracy zasilacza UPS z zespołem prądotwórczym nie zachwieje się w wyniku zmiany charakterystyki odbiorników.

Zalecane jest stosowanie zespołów prądotwórczych wyposażonych w elektroniczne regulatory prędkości obrotowej, z nowoczesnymi prądnicami przystosowanymi do nieliniowych obciążeń. Generalnie poleca się stosowanie urządzeń sprawdzonych we współpracy i zapewniających stabilność zasilania w każdych warunkach.

Przykład 1.

Należy dobrać moc zespołu prądotwórczego przeznaczonego do awaryjnego zasilania następujących odbiorników:

a) 3 silniki indukcyjne klatkowe o następujących parametrach: Pns=7,5 kW; kr=6; cosϕ=0,8; η=0,8; Un=3×400 V; sn=5 %; kMr=2,3,

b) zasilacz UPS o następujących parametrach: Pn=15 kW; cosϕ=0,95; THDi=8 %; Un=3×400/230 V; η=0,9,

c) odbiorniki oświetleniowe o łącznej mocy P=5 kW; cosϕ=0,7 Un=230 V (odbiorniki pogrupowane są symetrycznie co zapewnia jednakowe obciążenie poszczególnych faz).

Moc znamionowa pojedynczego silnika:

Prąd rozruchowy przy połączeniu w trójkąt:

Jest to duży prąd, który należy ograniczyć. Jednym ze sposobów jest zastosowanie przełącznika gwiazda/trójkąt, dzięki czemu uzyskuje się trzykrotne zmniejszenie prądu rozruchowego, zatem:

Ze względu na znaczny prąd rozruchowy pojedynczego silnika należy zastosować układ uniemożliwiający jednoczesny rozruch wszystkich silników. Przy założeniu sekwencyjnego rozruchu silników, moc szczytowa obciążenia wyniesie:

Moc zapotrzebowana przez zasilacz UPS:

Całkowita moc czynna zapotrzebowana:

Na podstawie katalogu producenta zespołów prądotwórczych warunki spełnia zespół o mocy 80 kVA.

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego

Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego

W artykule zostały przedstawione podstawowe zasady doboru mocy zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS, pracujących w układach zasilania budynków. Opisana została metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej...

W artykule zostały przedstawione podstawowe zasady doboru mocy zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS, pracujących w układach zasilania budynków. Opisana została metodyka projektowania ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie oraz sterowanie napięciem dotykowym do wartości dopuszczalnej długotrwale w instalacjach zasilanych z zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS. Przedstawiona metodyka jest zgodna z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje eklektyczne niskiego napięcia....

Możliwości zwiększenia niezawodności przy zastosowaniu zasilacza UPS

Możliwości zwiększenia niezawodności przy zastosowaniu zasilacza UPS

Autor pisze o powszechnym znaczeniu niezawodności zasilania w energię elektryczną, realnych skutkach awarii w zasilaniu, o przebiegu współpracy zespołu prądotwórczego z UPS-em oraz o sposobach magazynowania...

Autor pisze o powszechnym znaczeniu niezawodności zasilania w energię elektryczną, realnych skutkach awarii w zasilaniu, o przebiegu współpracy zespołu prądotwórczego z UPS-em oraz o sposobach magazynowania energii

Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym

Magazyny energii z akumulatorami chemicznymi, ich funkcje w systemie elektroenergetycznym

W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).

W artykule omówiono, jakie funkcje może spełniać magazyn energii oraz przedstawiono jego elementy składowe, czyli przetwornicę dwukierunkową, sterownik, zasobnik energii (w tym przypadku baterię chemiczną).

Komentarze

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.