UPS-DC

Rys. 3. Struktura obrotów dostawców zasilania gwarantowanego - około jednej trzeciej firm ma sprzedaż przekraczającą 10 mln złotych rocznie, podobnie firm znajduje się w kategorii do 100 tys. zł

Podobne własności przy lepszych parametrach i funkcjonalności w porównaniu z zasilaczami buforowymi dają zasilacze UPS-DC. Taką nazwą określa się często zasilacze buforowe dostarczające stabilizowanego napięcia wyjściowego o mocy dochodzącej do ok. 500 W. Jednostki te mają znacznie rozbudowaną część odpowiadającą za współpracę z akumulatorem.

Ich ładowarka pozwala na ładowanie szybkie ogniw i nierzadko obsługuje różne typy akumulatorów. Dodatkowo testowany jest stan baterii, także w zakresie dostępnej pojemności, gdyż wraz z kolejnymi cyklami ładowania i rozładowywania i latami pracy stale się zmienia. W zasilaczach UPS-DC napięcie wyjściowe jest stabilizowane za pomocą wysokosprawnej przetwornicy, co rozszerza obszar ich zastosowań. Mają one z reguły znacznie większą moc od opisanych wcześniej jednostek i pozwalają na współpracę z akumulatorami o znacznej pojemności. Pozwala to dobierać czas podtrzymania zasilania przez wybór odpowiedniego akumulatora.

Akumulatory ważnym uzupełnieniem oferty

Rys. 4. Część obrotów, jakie firmy osiągają z zasilania gwarantowanego - 46% firm uzyskuje z nich maksymalnie 10% swojej sprzedaży

Omawiając branżę UPS-ów przemysłowych, wspomnieć należy o akumulatorach oraz bateriach, które także stanowią istotny element systemów zasilania gwarantowanego. W przemyśle często stosowane są szczelne akumulatory bezobsługowe VRLA (Valve Regulated Lead-Acid Battery), które wykonywane są w jednej z dwóch technologii: AGM oraz żelowej. Dzięki swoim zaletom (długi czas pracy, odporność na wibracje, niska rezystancja wewnętrzna, brak konieczności pracy w pozycji pionowej) oraz właściwościom eksploatacyjnym, takim jak brak konieczności częstego uzupełniania elektrolitu, akumulatory te powszechnie zastępują tradycyjne, otwarte wersje kwasowe.

Elektrolit w akumulatorach żelowych ma formę żelu. Lepiej odprowadzają one ciepło i są bardziej odporne na wstrząsy i wibracje. Najważniejszą zaletą akumulatorów żelowych jest odporność na głębokie rozładowania. Wszystkie te cechy sugerują ich zastosowanie do pracy cyklicznej (ładowanie-rozładowanie). Akumulatory żelowe stosuje się głównie w aplikacjach mobilnych, gdzie stanowią główne źródło energii, rzadziej do pracy buforowej w dużych systemach zasilania awaryjnego.

Akumulatory zbudowane w technologii AGM (Absorbed Glass Mat), które mają elektrolit uwięziony w macie szklanej znajdującej się między płytami, doskonale nadają się do pracy buforowej. Oznacza to, że cały czas ładowane są niewielkim prądem, a w przypadku zaniku energii przez krótki czas mogą stanowić główne źródło energii.

Elektrolit uwięziony jest w macie szklanej znajdującej się między płytami. Niska rezystancja wewnętrzna umożliwia pobór prądu chwilowego o dużej wartości, co przydaje się przy współpracy np. z silnikami. Akumulatory tego typu znajdują zastosowanie w zasilaczach buforowych, w zasilaniu awaryjnym, UPS-ach, itp.

Jeżeli zaś chodzi o mniejsze ogniwa, to sytuacja jest analogiczna jak w przypadku urządzeń konsumenckich - wykorzystuje się tutaj przede wszystkim akumulatory litowo-jonowe. Stosuje się je w zasilaczach buforowych małej mocy, wersjach przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach oraz tam, gdzie potrzebne są dobre parametry długoterminowe.

Zasilacze bezprzerwowe UPS

Zasilacze bezprzerwowe UPS są stosowane przede wszystkim w centrach danych, systemach komunikacyjnych, w energetyce i przemyśle. Na rynku dostępne są urządzenia różnych typów. Gdy bezprzerwowa dostawa energii o odpowiednich parametrach staje się wymaganiem podstawowym, naturalnym wyborem jest UPS online.

Niezależnie od pracy sieci zasilającej, dostarcza on energię o wysokiej jakości (pozbawioną zaburzeń sieciowych), a w razie awarii bezprzerwowo przełącza się na pracę z baterii. Aplikacje o mniej krytycznych wymaganiach mogą z kolei korzystać z tańszych rozwiązań typu offline lub pośredniej wersji tego urządzenia z tzw. interaktywną linią sieciową.

W skład większości UPS-ów, niezależnie od ich wielkości i topologii, wchodzą akumulatory, ładowarka i przetwornica zamieniająca niskie napięcie stałe w przemienne. Różnice między topologiami dotyczą tego, czy przetwornica pracuje cały czas, czy jest załączana podczas awarii. Cechą UPS-a online jest podwójna konwersja, z sieci do napięcia akumulatora i dalej z powrotem na sieć.

Dzięki temu przetwornica zasila obciążenie czystym i dokładnie przez UPS stabilizowanym napięciem przemiennym. Oprócz tego w prostowniku jest dokonywana korekcja współczynnika mocy, przez co UPS online jest w istocie też filtrem, który chroni urządzenia przed zakłócającymi wpływami sieci energetycznej, optymalizując równocześnie obciążenie w stosunku do sieci.

W UPS-ie offline w trakcie normalnej pracy obciążenie jest zasilane bezpośrednio z sieci energetycznej, przez co napięcie na obciążeniu nie jest stabilizowane ani filtrowane. Gdy napięcie zasilania wykracza poza ustalone granice, zasilanie obciążenia jest przełączane przekaźnikiem na przetwornicę i akumulator. Spowodowana tym przerwa może trwać typowo kilka milisekund.

Według operatorów wrażliwych urządzeń UPS offline nie spełniają wymagań jakości zasilania. Nie kompensują one wahań napięcia, a na każde przekroczenie dopuszczalnych granic muszą reagować natychmiastowym przełączeniem. Jeżeli stabilność napięcia sieci jest niewysoka lub dopuszczalne granice ustalone wąsko, przełączenia mogą być częste.

Istnieją jeszcze UPS-y offline, wyposażone w system stabilizacji napięcia zmiennego, co poprawia ich parametry. Rozwiązania te nazywa się z interaktywną linią i bazują one na transformatorach obniżająco-podwyższających lub ferrorezonansowych. Utrzymują napięcie wyjściowe nawet z dokładnością do ±3% przy zmianach wejściowego od -40% do +20%, ograniczają też zaburzenia nadchodzące z sieci. Ale ich główną zaletą jest łagodzenie przełączeń zasilania dzięki zgromadzonej energii magnetycznej, co częściowo upodabnia skutki ich działanie do działania UPS-ów online.

Typów UPS-ów dostępnych na rynku jest wiele, bo do tego podstawowego podziału trzeba dodać szereg technologii własnościowych poszczególnych producentów, którzy tworzą własne wersje systemów konwersji, zbliżone funkcjonalnie, w jednym miejscu lepsze, w innym gorsze, ale z pewnością pozwalające na nazwanie ich jakimś mało zrozumiałym określeniem i na opatentowanie.

Nie tylko zasilacze, ale całe systemy

Rys. 5. Zestawienie kryteriów selekcji oferty handlowej, które są w największym stopniu brane pod uwagę przy wyborze dostawcy. Na samej górze znalazła się cena

Coraz częściej termin zasilania gwarantowanego odnosi się nie do pojedynczych jednostek, ale do całych systemów obejmujących wiele różnych elementów. Przykładem może być zasilacz UPS połączony z generatorem spalinowym, który przedłuża okres podtrzymania zasilania. Czasami buduje się też układy z dwoma sekcjami zsynchronizowanych systemów z UPS, które podłączone są do odpowiednich przełączników i zapewniają bardzo wysoki poziom dostępności energii elektrycznej. Spalinowe agregaty prądotwórcze są ważnym elementem szpitali, systemów transportu publicznego i wielu innych strategicznych miejsc. Takie urządzenia o mocach od kilku kVA do wersji na zakres MVA produkują i dystrybuują m.in. CES, Eaton Power Quality i inne.

Elementem uzupełniającym systemy są wreszcie narzędzia sprzętowe i programowe do komunikacji zapewniające personelowi utrzymania ruchu zdalne monitorowanie pracy urządzeń poprzez system nadrzędny. Dostawcy działający na rynku oceniają, że klienci coraz częściej poszukują kompleksowej oferty.

Dotyczy to szczególnie UPS-ów przemysłowych - o ile jeszcze kilka lat temu były one często kupowane osobno, a do tego odbiorca dobierał baterie, rozdzielnice i pozostałe elementy od innych dostawców, o tyle obecnie coraz częściej nabywa je "z jednej ręki". Jest to o tyle istotne, że UPS stanowić może jedynie część kompletnego systemu pod względem wartościowym.