Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

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

Netradiční způsob modernizace záložních zdrojů UPS

Netradiční způsob modernizace záložních zdrojů UPS

Ing. Karel Kuchta, CSc.,
Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o., Energetické systémy

V letošním čísle 3 časopisu Elektro byl uveřejněn článek zabývající se provozní spolehlivostí systémů, které zaručují nepřerušenou dodávku elektrické energie. Spolehlivostní analýza klasického energocentra s bateriovým zdrojem UPS (Uninterruptible Power Supply, zdroj nepřerušitelného napájení) vedla k závěru, že nejkritičtějším prvkem těchto zdrojů jsou olověné akumulátory, které se používají jako zdroj energie při krátkodobém výpadku rozvodné sítě. Byly specifikovány příčiny nízké spolehlivosti baterií a krátce popsána nová topologie energocenter, která používají jako základ dieselagregát a krátkodobé výpadky kryjí energií uloženou v rotující hmotě (energocentrum NZ).

Praxe však ukazuje, že energocentrum NZ (obr. 1) není univerzálním řešením ve všech případech. Kromě toho, že je určeno především pro velké zátěže (nad 100 kV·A), je velmi málo kompatibilní se standardními energocentry. Jinými slovy: uživatel velkého energocentra, který investoval statisíce (nebo miliony) korun do záložního zdroje UPS, bude (i při potížích s bateriemi) velmi váhat, zda má celé vybavení odstranit a instalovat nové energocentrum NZ. Energocentrum NZ nebylo pro zákazníka optimální řešení, neboť v těchto případech znamenalo celkovou rekonstrukci elektrické instalace, demontáž zdrojů UPS, úpravy kabeláže atd.

Někteří uživatelé (především z oboru IT) nepovažují dieselagregát za standardní zdroj pro své systémy – historicky si spojují dobu zálohování před přechodem na dieselagregát s jednotkami či desítkami minut, a dávají přednost zdroji UPS s prodlouženou dobou zálohování. Pro tyto případy je určeno řešení s registrovaným názvem DC (obr. 2), představené na letošním veletrhu Amper, kdy je jako akumulátor energie použit stlačený vzduch.

Společnost Phoenix-Zeppelin se i po uvedení energocentra NZ nikdy nezřekla energocenter s klasickými zdroji UPS, ve kterých používá osvědčené produkty předních světových výrobců. Řešení energocentra jako celku je ale vždy postaveno na centrální roli dieselagregátu Caterpillar. Zdroj UPS (nebo podobné zařízení určené k překlenutí výpadku sítě do okamžiku, kdy je dieselagregát schopen dodávat energii – obr. 3) je na stejné úrovni významnosti jako např. silový rozváděč.

Klasické baterie jsou ve zdroji UPS nahrazeny systémem CoolAir®, který se připojí ke zdroji UPS místo baterií. Z hlediska uživatele jde o menší rozsah změn, než je tomu u energocentra NZ. Zdroj UPS zůstane v původní instalaci, včetně ovládání, komunikace, rozváděčů, dieselagregátu a kabeláže – nahrazena je jen bateriová skříň jinou skříní. Klimatické požadavky na místnost, kde je zdroj UPS instalován, již nejsou tak kritické, jako tomu bylo v případě baterií. Proto je možné klimatizaci vypnout, popř. demontovat a použít jinde. To má za následek snížení provozních nákladů (např. u zdroje UPS o výkonu 60 kV·A o více než 120 000 Kč ročně). Trvale běžící klimatizace totiž zhoršuje již tak velmi nízkou (obvykle asi 90 až 92 %) provozní účinnost zdroje o dalších asi 8 %.

Tabulka porovnání kritických vlastností energocentra s bateriovým zdrojem UPS a energocentra s řešením DC

Kritické vlastnosti

Bateriový zdroj UPS

DC

životnost

3 až 5 let

20 let

teplota okolí při provozu

20 až 22 ºC

0 až 40 ºC

standardní doba zálohování

5 až 60 min

5 až 15 minut

možnost prodloužení doby zálohování

ano

ano

jednoznačné měření dostupné doby zálohování

ne

ano

údržba*)

4× ročně

1× ročně

vnitřní diagnostika

jako příslušenství

jako standard

napětí DC

podle výrobce

360 až 480 V

použití toxických materiálů

ano

ne

teplota chladicího vzduchu ve výtlaku

vysoká

nízká

skladovatelnost

6 měsíců

neomezená

dlouhodobá stabilita kapacity

nízká

neomezená

investiční náklady

vysoké

vysoké

provozní náklady provozní spolehlivost

vysoké nízká

nízké

vysoká

Stlačený vzduch (z tlakových lahví, zásobníku či rozvodu stlačeného vzduchu v budově) po ohřátí na teplotu 700 °C pohání turbínu s alternátorem. Výstupní napětí alternátoru je upraveno měničem AC/DC na stejnosměrné napětí v požadované velikosti a přivedeno na stejnosměrný meziobvod zdroje UPS. Tento princip je kompatibilní s většinou zdrojů UPS v současné době provozovaných v ČR. Typový výkon řešení DC je 85 kW, doba zálohování závisí na velikosti zásoby stlačeného vzduchu, popř. počtu tlakových lahví (typicky 5 až 15 min). Systém obsahuje také malý rotační systém v nepřetržitém chodu, který napájí zátěž během krátkého období, kdy se turbína roztáčí na požadované provozní otáčky. Jádrem systému je vysokootáčková turbína (70 000 min–1) o jmenovitém výkonu 92 kW – oběžné kolo (obr. 4) má průměr ne větší než 10 cm! Typický výkon zdroje UPS, kde lze řešení DC použít, je 10 až 70 kV·A, což je převážná většina aplikací.

Vedlejším produktem tohoto řešení, který původně nebyl vůbec požadován, je zdroj chladného vzduchu po průchodu turbínou, jehož teplota je 14 až 15 °C – na tuto hodnotu klesne teplota vzduchu při expanzi v turbíně. Je-li např. zalohovaným zařízením sál s výpočetní technikou, přestane při výpadku veřejné sítě pracovat klimatizace a v místnosti velmi rychle roste teplota. Řešení DC tedy neposkytuje pouze záložní zdroj elektrické energie, ale i záložní chlazení.

Řešení DC lze použít i u nových instalací, ale zejména u starších zdrojů UPS, kde původní bateriové řetězce překročily svou životnost, a bylo by nutné je celé vyměnit za nové.

Obchodní název, který navazuje na předchozí řešení NZ, reprezentuje další krok ve vývoji bezbateriových řešení. Řešení DC zahrnuje vlastní jednotku CoolAir (obr. 5), která je kompatibilní se standardním zdrojem UPS, dále systém zásoby a doplňování stlačeného vzduchu a veškeré servisní služby.

Závěr

Ačkoliv původní zaměření nového řešení bylo na výpočetní střediska a lékařská zařízení, zájem o tento výrobek projevuje i průmyslový sektor. V praxi byla také ověřena možnost napájení asynchronních motorů s měniči frekvence, což bývá u standardních zdrojů UPS problémem.

Další možností využití řešení DC je zabezpečené napájení provozů, kde je k dispozici rozvod vysokotlakého vzduchu. Jde především o automatizované výrobní linky, kde lokální zálohování jednotlivých pracovišť bateriovými zdroji UPS nevykazuje dostatečnou provozní spolehlivost (kolik je zdrojů, tolik je baterií) a centrální napájení by díky topologii výrobní linky vedlo k nákladné a složité kabeláži.

Další informace mohou zájemci získat na adrese:

Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o.
Lipová 72, 251 70 Modletice
tel.: +420 266 015 333
fax: +420 266 015 370
http://www.p-z.cz/motory

Obr. 1. Energocentrum NZ
Obr. 2. Principiální schéma systému DC
Obr. 3. Modul nepřetržitého napájení energocentra NZ
Obr. 4. Oběžné kolo vysokootáčkové turbíny
Obr. 5. DC ve zkušebně Phoenix-Zeppelin (zprava kompresor, skříň s tlakovými lahvemi, CoolAir, záskokový rozváděč a zdroj UPS)

Celý příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde