Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Dynamický rotační systém UPS

Zařízení DRUPS (Dynamic Rotation UPS, mechanicko-elektrický dynamický rotační systém zdroje nepřerušitelného napájení) od výrobce Hitec Power Protection*) je velmi spolehlivý zdroj síťového napájení, který zabezpečuje spojitou filtraci vstupního napětí a chrání zátěž před výpadky sítě. Náhlá přerušení dodávky elektrické energie mohou mít vážné důsledky a často vedou k nenapravitelným škodám. Operační sály nemocnic, bankovní sektor, městské telefonní sítě nebo letecký dispečink – to je jen několik příkladů oblastí, kde je přerušení dodávky elektrické energie zcela nepřijatelné. Jedinečná koncepce zdroje DRUPS (obr. 1) zaručuje jeho spolehlivost a poskytuje zákazníkovi maximální jistotu provozní disponibility a nepřerušitelné dodávky elektrické energie od krátkých přerušení až po nejdelší výpadky. V závislosti na velikosti zdroje DRUPS a dostupnosti rezervního zdroje paliva, může DRUPS dodávat elektrickou energii po neomezenou dobu.
 

Důležité komponenty zařízení DRUPS

 

Generátor

V normálním (síťovém) režimu se generátor (G, obr. 2) chová jako synchronní kompenzátor, který udržuje rychlost vnějšího rotoru setrvačníku – indukční spojky IC (Induction Coupling). Dodává jalovou složku výkonu do zátěže a pracuje v součinnosti s reaktorem R jako aktivní filtr. Při výpadku dodávky elektrické energie ze sítě začne generátor, který je těsně po výpadku poháněn indukční spojkou a pak dieselovým motorem, dodávat náhradní elektrickou energii do kritické zátěže. Jeho výstupní napětí je generováno s malým obsahem harmonických (obr. 3).
 

Reaktor

Reaktor – tlumivka – (R, obr. 3) odděluje ve skutečnosti výstup generátoru, popř. zátěž, od napájecího napětí sítě. Proto tedy může generátor podporovat výstupní napětí v úzkých tolerancích (±1 %) nezávisle na síťovém napětí. Poruchy napájecího napětí, jako jsou poklesy, špičky a harmonická zkreslení, nemají v tomto případě žádný dopad na výstupní napětí. Vstupní proud zařízení DRUPS má tvar ideální sinusovky bez ohledu na zatížení. Mimoto je vstupní proud souměrný a téměř ve fázi se vstupním napětím. Z toho vyplývá velká hodnota vstupního účiníku (typický indukční cos φ = 0,98), a to bez hledu na účiník připojené zátěže (obr. 4). V případě výpadku vstupního napájecího napětí je generátor, který byl těsně po výpadku hnán rotorem indukční spojky, nyní poháněn a řízen dieselovým motorem a jenž dodává napětí do kritické zátěže.
 

Indukční spojka

Indukční spojka (obr. 5a) je svým pojetím „srdcem“ systému DRUPS. Vnější (červený) rotor obsahuje dvoupólové třífázové vinutí, které urychluje volné protáčení vnitřního (žlutého) rotoru během normální činnosti zařízení (vstupní síť je přítomna). Selže-li síťové napětí, získá DRUPS napětí díky kinetické energii vnitřního rotoru. Množství energie dostupné pro vnitřní rotor je větší než energie postačující pro přemostění doby požadované pro nastartování dieselového motoru a zabezpečení dosažení požadovaných otáček – frekvence a také výstupního napětí DRUPS.
 

Volnoběžná spojka

Mechanická volnoběžná spojka (obr. 5b) tvoří mechanické rozhraní mezi generátorem s indukční spojkou a dieselovým motorem. Rozpojení spojky dovoluje otáčet indukční spojkou, zatímco dieselový motor stojí. Jeli dieselový motor spuštěn a rychlost otáček dosáhne rychlosti generátoru s indukční spojkou, mechanická spojka automaticky sepne a dieselový motor začne pohánět soustrojí indukční spojka-generátor. Výsledkem je úplný start a rozběh dieselu bez zátěže. Tím je zajištěno rychlé a spolehlivé spouštění zařízení.
 

Dieselový motor

Dieselový motor (obr. 5c) je v normálním režimu nečinný. Motor je předehříván a předem promazáván, aby bylo zaručeno jeho rychlé a spolehlivé nastartování. Dojde-li k selhání používaného vstupního síťového napětí nebo je toto napětí mimo dovolenou toleranci, je vydán povel ke spuštění dieselového motoru a k převzetí zátěže (obr. 6).
 

Spojení reaktoru a generátoru

 
Magneticky spřažený odbočkový reaktor a generátor fungují jako aktivní filtr, který efektivně odstraňuje rušení v napájecí síti před přivedením napětí do zátěže. Navíc je generátor schopen dávat velký zkratový proud, a to až čtrnáctkrát větší, než je jeho jmenovitá hodnota. To je další výhoda proti tradičním systémům statických UPS.
 

Kritická a nekritická zátěž

 
Jednotlivá a krátká porucha sítě může mít neblahé důsledky pro mnoho procesů v oblasti kritických aplikací, např. u počítačů v datových centrech, u internetových serverů apod. Ostatní komponenty mohou být bez napětí po několik sekund (např. klimatizace, osvětlení atd.). Jedno zařízení DRUPS může dodávat elektrickou energii pro oba typy zátěží v konfiguraci s tzv. dvojitým výstupem (obr. 7).
 

Zajištění kvality

 
Kompletní vývojový proces od projektové přípravy, přes výrobu až po uvedení do provozu a zákaznickou podporu je řízen přísnými požadavky na kvalitu a je certifikován podle ISO 9001. Systém UPS musí vyhovovat směrnicím stanoveným v normativech IEC, ANSI, UL. Kromě toho jsou systémy UPS před expedicí testovány. Proto je také k dispozici největší testovací zařízení pro systémy UPS na světě o celkovém výkonu 20 MV·A (50/60 Hz).
(red. Elektro – zpracováno podle podkladů firmy Elteco)
 
Obr. 1. Koncepce DRUPS firmy Hitec – a) generátor s indukční spojkou, b) dieselový motor s mechanickou spojkou
Obr. 2. Generátor zdroje DRUPS
Obr. 3. Systém Hitec UPS působí jako filtr pro všechny druhy rušení napájecí sítě
Obr. 4. Diagram výstupního účiníku cos φ zařízení DRUPS
Obr. 5. Dieselový motor s mechanickou a indukční spojkou
Obr. 6. Časový diagram převzetí zátěže DRUPS při výpadku vstupního síťového napájení
Obr. 7. Konfigurace DRUPS s dvojitým výstupem
Obr. 8. Schéma strojovny DRUPS
 
Tabulka s technickými údaji

*) Společnost Hitec Power Protection je přední světový dodavatel zdrojů nepřerušitelného napájení (UPS – Uninterruptible Power Supply). Tato společnost patří v současné době k nejvýznamnějším průmyslovým poskytovatelům řešení v oblasti kvality energie se zaměřením na kritické infrastruktury a procesy. Kombinace kompaundního generátoru a reaktoru byla jako firemní koncepce rotačního filtru, jenž tvoří „srdce“ každého zařízení UPS značky Hitec, poprvé použita již v roce 1956. V roce 1963 došlo ke sloučení s nizozemskou elektrotechnickou společností pod názvem Holec. První dieselové zařízení UPS o zdánlivém výkonu 300 kV·A bylo uvedeno na trh v roce 1969 (500 kV·A v roce 1974). První indukční spojka s volně se otáčejícím vnitřním rotorem byla uvedena do provozu v roce 1991. V roce 1998 se společnost přejmenovala na Hitec Power Protection.
 

Normální režim

V normálním režimu činnosti funguje reaktor a generátor jako aktivní filtr, který odstraňuje rušivé prvky v síti, jež by mohly ovlivňovat zátěž. Generátor běží jako motor a pohání vnější rotor indukční spojky rychlostí 1 500 min–1. Prostřednictvím dvoupólového třífázového budicího vinutí vnějšího rotoru dosáhne vnitřní rotor rychlost 3 000 min–1 vzhledem k vnějšímu rotoru. Výsledným efektem je ukládání kinetické energie do vnitřního rotoru. Vnější rotor indukční spojky je oddělený od pohotovostního dieselového motoru volnoběžnou spojkou.
 

Přepnutí do režimu dieselmotor

V případě selhání síťového napětí nebo nepřijatelných odchylek tohoto napětí je vstupní jistič Q1 rozepnut. Stejnosměrné vinutí indukční spojky je vybuzeno, a umožní tak přenos akumulované kinetické energie z vnitřního rotoru do vnějšího rotoru (vnitřní rotor je dobrzďován). Rychlost generátoru zůstane konstantní na hodnotě 1 500 min–1. Současně je spuštěn dieselový motor a během dvou sekund dosáhne rychlosti 1 500 min–1, při níž automaticky sepne volnoběžná spojka. Za několik sekund motor spolu s indukční spojkou začne řídit generátor, a tím dojde k napájení zátěže správným napětím; během pěti až deseti sekund začne dieselový motor sám dodávat výkon do zátěže.
 

Režim dieselmotoru

Je-li systém v tomto režimu, je třífázové střídavé vinutí vnějšího rotoru opět vybuzeno napětím, což umožní rozběh (dobití) vnitřního rotoru pro znovudosažení rychlosti 3 000 min–1. Rychlost dieselového motoru je sledována a digitálně snímána pro zabezpečení konstantní výstupní frekvence. Zatímco probíhá režim činnosti dieselového motoru, pohybuje se výstupní frekvence ve velmi úzkém tolerančním poli. To platí dokonce i v případech, mění-li se zatížení po velkých krocích, dokud je využívána indukční spojka pro podporu činnosti dieselového motoru.
 

Přepnutí zpět do normálního režimu

Je-li vstupní síťové napětí opět stabilizováno, DRUPS se synchronizuje se sítí a sepne Q1. Nato dieselový motor sníží své otáčky na hodnotu 1 450 min–1. Výsledkem tohoto kroku je vypnutí volnoběžné spojky. Současně se generátor vrátí do režimu motoru a udržuje rychlost otáčení vnějšího rotoru indukční spojky na 1 500 min–1. Dieselový motor pokračuje po krátkou dobu v chodu naprázdno, aby se ochladil. Po kompletním ochlazení bude motor vypnut a vrátí se do pohotovostní polohy.
 
Power quality and reliability for mission critical infrastructures are an ongoing challenge in today’s new economy. Complex systems and processes need continuous and clean power to maximize uptime and profitability. Uninterruptible power is a variable in our new economy that some have taken for granted. However, the reality of continuous and clean power is significantly different from that perception. Power provided by the utilities can be poor and unreliable. This is clearly demonstrated by the numerous power outages every year that can damage sensitive equipment, cause financial loss and even endanger lives. Sudden interruptions of power can lead to serious consequences and often irreparable damage. Consider losing data on a bank’s computer, scrapping a batch of wafers in a semiconductor plant, dropping a phone network system for a metropolitan area: these are all examples of power interruptions that are unacceptable. For critical applications, a continuous power supply is a necessity. This paper is dedicated to matters of the special solution for network quality problems.