36 ELEKTRO 10/2012 téma Zdroje elektrické energie; Záložní zdroje a UPS; Obnovitelné zdroje energie Záložní zdroje nové generace 1. Úvod Potřeba zálohovat stejnosměrné i střída-vé okruhy napájení je stará zřejmě jako elek-trotechnika sama. Zdroje stejnosměrného i střídavého nepřerušeného napájení obvodů signalizujících provozní a poruchové stavy, bezvýpadkové napájení důležitých okruhů osvětlení, ať již nouzového, pozičního, nebo signálního, napájení důležitých přístrojů či technologií, jež by při výpadku napájecích obvodů ohrozily chod výroby nebo jiných procesů, a rovněž napájení obvodů ochran v energetice se používají již desítky let. Co se však mění, jsou technické požadavky na ně kladené. Ty vycházejí jednak ze složitosti za-řízení a obvodů, jež zálohují, a z jejich ener-getické náročnosti. Soudobá zařízení kladou obrovské požadavky na kvalitu dodávané zá-lohované elektrické energie, její bezvýpadko-vost a dobu zálohování. Naopak energetická náročnost se vzhledem k mnohonásobnému zmenšení ztrát elektronických obvodů zaří-zení a technologií snížila.Rozdělení záložních zdrojů podle typu na-pájení:– stejnosměrné,– střídavé.Třídění podle normy ČSN EN 62040-3 na tři typy zdrojů podle závislosti výstupní-ho napětí a frekvence na vstupních veli-činách sítě:– VFD (Voltage Frequency Dependent), ně-kdy označení VD (Voltage Dependent) – napěťově a frekvenčně závislé zdroje, pa-sivní záloha,– VI (Voltage Independent) – zdroje napěťo-vě nezávislé na síti,– VFI (Voltage Frequency Independent) – napěťově i frekvenčně nezávislé zdroje.Častěji se lze setkat s jiným označením těch-to typů:– Offline,– Line – interactive,– On-line.Tento článek se chce zabývat záložními zdroji s měniči se střídavým výstupem.2. Měniče DC/AC – střídače 2.1 Od rotačních střídačů k polovodičovým V době, kdy polovodičová elektrotechni-ka byla ještě neznámým pojmem, se používa-ly především rotační střídače. Rotační střídač je soustrojí zpravidla tří elektrických strojů, asynchronního motoru, synchronního gene-rátoru a stejnosměrného motoru, popř. dyna-ma, jež jsou navzájem mechanicky propojeny.Jestliže nastane výpadek síťového napě-tí, stejnosměrné dynamo přejde do motoric-kého chodu a synchronní generátor je nabu-zen na napětí sítě a připojen do zálohované-ho okruhu. Buzením stejnosměrného motoru je regulována výstupní frekvence generátoru, buzením synchronního generátoru je regulováno výstupní napětí. V době bez výpadku sítě dynamo dobíjí sta-niční baterie, potřebné k případnému nabuzení synchronního generátoru.Popisovaný princip se u rotačních střídačů používal v mnoha modifika-cích. Také principy řízení jsou různé – od manuálních až po plně automatické.Tento způsob zálohování střída-vých okruhů má mnoho nevýhod:– malá účinnost (velké mechanické ztráty),– závislost kvality dodávané energie na použitých komponentách (např. regulátoru otáček),– velké zkreslení u strojů s menšími výkony,– velká hlučnost,– nutnost trvalé údržby rotačních částí.Rotační střídače jsou v současné době mi-nulostí a pracují již pouze ojediněle.2.2 Polovodičové střídače V době centralizované výroby byly vý-voj a výroba polovodičových střídačů předá-ny do podniku ČKD, závod Polovodiče, kde se v různých modifikacích a výkonových řa-dách vyráběly pod označením Tyristat ZZ. ČKD Polovodiče vyrobilo stovky těchto za-řízení a vyváželo je i do zahraničí.2.2.1 Střídače Tyristat ZZ Tyristat ZZ je tyristorový statický měnič s nucenou komutací – střídač, který přemě-ňuje stejnosměrnou energii z akumulátorů na střídavou energii s konstantní frekvencí. Pro silovou část střídačů Tyristat ZZ byly použi-ty výkonové tyristory ČKD Polovodiče, vět-šinou typu T 955 (tzv. dracounové tyristory). Výkonové prvky byly umístěny na hliníko-vých chladičích s nucenou ventilací. Regu-lační část byla sestavena z konstrukčních jed-notek známých pod označením URS. Výstup zařízení Tyristat ZZ byl 220 V, a to buď jed-nofázový, nebo třífázový. Tolerance výstup-ního napětí byla ± 3 % a výstupní frekvence byla 50 Hz ± 1 %. Tvar křivky napětí byl si-nusový se zkreslením 3 až 10 %, a to podle zátěže a napájecího napětí. Účinnost zaříze-ní Tyristat ZZ byla minimálně 75 %. Napá-jeno bylo z baterií o napětí 110 nebo 220 V. Výkonová řada byla 2,5 až 10 kW.Střídače Tyristat ZZ pracovaly ve třech zá-kladních režimech, které se odlišovaly podle způsobu záskoků:– studená rezerva – střídač se při výpadku sítě automaticky připojí k baterii, doba prodlevy v dodávce energie do 2 s,– horká rezerva – záskokový zdroj je připo-jen k baterii trvale, při výpadku sítě je si-lová svorkovnice automaticky připojena k výstupu střídače, doba prodlevy do 200 ms,– nepřetržité napájení – zátěž je napájena ze záskokového zdroje, zdroj je napájen ne-přetržitě z baterie, kterou dobíjí měnič, do-dávka energie je bez prodlevy.Ze současného pohledu přísnějších poža-davků na polovodičové střídače již nevyho-vuje malá účinnost zařízení Tyristat ZZ, tvar křivky výstupního napětí, doby prodlev při jednotlivých režimech chodu a rovněž i nad-měrná hlučnost zařízení, vyvolaná použitím výkonných ventilátorů a magnetických obvo-dů vinutých dílů.Zařízení Tyristat ZZ se již nevyrábějí, ale ještě se s nimi lze setkat u starších zařízení. Využití samostatných statických polovodičo-vých střídačů má však doposud velké opod-statnění. Zejména tam, kde se používají bate-rie o napětí 110 a 220 V s velkou kapacitou. Při přechodu na jiné záložní zařízení – UPS, které má vlastní baterie, je nutné zaplatit ba-terii podruhé, přičemž dosavadní baterie není využita. Cena baterie v zařízení UPS předsta-vuje mnohdy dominantní část pořizovací ceny. Ing. Vladimír Korenc, Dr. Ing. Tomáš Bůbela, Ing. Pavel Podal, ELCOM, a. s.Článek si klade za cíl seznámit čtenáře s náhradou zastaralých rotačních a polovodičových střídačů střídači nové generace, které jsou rozděleny do několika kategorií. Zde jsou po-psány vlastnosti původních statických střídačů, známých pod názvem Tyristat ZZ, a jejich náhrada novými střídači označenými EZZT, vyráběnými společností ELCOM, a. s.Obr. 1. Blokové schéma zapojení zdroje EZZT se dvěma střídači vstup z baterií zapnutí střídače ruční by-pass střídavý vstup elektronický by-pass zapnutí střídače střídač 1 střídač 2 výstup