Náhradní a záložní zdroje

Příloha:
▷▶▷
Náhradní a záložní
zdroje
Příloha: Náhradní a záložní zdroje
▷▶▷
Funkční výbava jednotek
Pro dobrý přehled o stavu systému jednotka disponuje LED-diodami rozlišujícími tyto
hlavní stavy:
 kapacita baterie > 85 %, systém je připraven k zálohování (režim ready)
 kapacita baterie < 85 %, není garantován min. čas zálohování (režim charging)
 zaznamenáno UVST < 22,5 VDC, systém zálohuje (režim buffering)
Jednotka navíc monitoruje další možné nestandardní stavy:
 indikováno přetížení (overload)
 doporučení k výměně baterie (replace battery)
DC – UPS firmy PULS
Tomáš Kocanda,
technická podpora OEM Automatic
obočky mezinárodní společnosti OEM Automatic působí v České a Slovenské republice, kde zajišťují prodejní, technickou a marketingovou podporu téměř čtyřiceti výrobcům komponent pro průmyslovou automatizaci
a elektrotechniku. Mezi nejvýznamnější dodavatele a tradiční
partnery patří firma PULS, výrobce pulzních zdrojů a dalších
zařízení z oblasti napájení. Na důležitosti nabývá zejména
spolehlivá a tudíž bezvýpadková funkce moderních řídících
systémů, která předpokládá použití stejnosměrných záložních zdrojů DC-UPS (Uninterruptible Power Supply/Source =
nepřerušitelný zdroj energie). Od takovýchto UPS očekáváme
zejména:
P
● co nejpřesnější dimenzování s ohledem na příkon
zálohovaných zátěží (čas zálohování vs. dodávaný výkon)
● minimální rozměry s ohledem na použití v menších
rozváděčích
● optimální nabíjení užité baterie s ohledem na její životnost
ideálně i možnost zabránit hlubokému vybití baterie ze
stejného důvodu
● průběžnou kontrolu stavu baterie s ohledem na
spolehlivost celého záložního systému
● indikaci stavu / režimu
● uživatelsky přívětivé (user fiendly) ovládání a logiku
Na základě našich zkušeností můžeme říci, že DC-UPS firmy PULS všechny uvedené požadavky beze zbytku splňují,
navíc – jako všechny výrobky firmy PULS obecně – disponují
dlouhou životností a elegantním designem. V tomto článku
bychom se s vámi chtěli podělit o své znalosti těchto UPS
a představit především logiku jejich funkce.
Nabízené řešení a jeho technologie
DC-UPS jsou výsledkem společného vývoje německo-českého týmu techniků z mnichovské centrály a chomutovské pobočky firmy PULS, kde zároveň probíhá výroba.
44 EvP
Tyto UPS jsou koncipovány jako sestava řídící jednotky
a zpravidla separátně umístěného modulu s baterií 12 V
typu VRLA včetně ochranné pojistky. Tato koncepce s jednou 12 V baterií, kdy jednotka je v režimu zálohování de facto DC/DC konvertorem, má několik podstatných výhod ve
srovnání s jinými řešeními.
Oproti jedné 24 V baterii:
● nutnost jednotkou regulovat užší využitelný rozsah
napětí baterie
Oproti dvěma sériově řazeným 12 V bateriím:
● ochranu baterie proti nebezpečné úrovni napětí (jedna
ze sériově řazených baterií by mohla být nabíjena na
vyšší napětí a naopak vybíjena pod přípustnou mez)
Oproti oběma uvedeným:
 konstantní výstupní napětí v režimu zálohování
 přesnější monitoring a lepší ochranu baterie
 její nižší nákupní cenu
 redukci místa potřebného k jejímu umístění
Podle požadovaného času zálohování a dodávaného výkonu lze v současné době volit v rámci této nabídky:
24 VDC
Výstup
(v režimu
zálohování)
Užitá baterie
Příklad min. času
zálohování
(zátěž 10 A)
Typ jednotky
(obj. číslo)
24 VDC / 10 A
zabudovaná
12 V / 5 Ah
4 min. 54 sec.
UBC10.241
s baterií 7 Ah:
5 min. 42 sec.
s baterií 26 Ah:
39 min.
UB10.241
24 VDC
24 VDC / 10 A
externí
12 V / 3,9…40 Ah
24 VDC
24 VDC / 10 A
12 VDC / 5 A*
externí
12 V / 3,9…40 Ah
závisí na dělbě výkonu mezi 24 V
a 12 V výstupy
UB10.245
24 VDC /10 A
externí
12 V / 17…130 Ah
s baterií 100 Ah:
3h
UB10.242
24 VDC
* celkový výstupní výkon v režimu zálohování je 240 W
 přerušení zálohování vstupem inhibit (inhibit active)
 obecný problém, výpadek signálu (check wiring) - možné přerušení vedení,
přepálení externí pojistky v bateriovém modulu, …
Uživatelsky lze trimrem zvolit omezení času zálohování (buffer-time limiter) a zpravidla
i optimální konečné nabíjecí napětí baterie (end-of-charge voltage), které je závislé na
teplotě v jejím okolím (při poklesu teploty doporučujeme zvýšit hodnotu konečného
nabíjecího napětí).
Nejdůležitější stavy (ready, buffering a replace battery) lze sledovat externě prostřednictvím pomocných kontaktů.
Vstup inhibit slouží k ukončení režimu buffering.
Čelní panel jednotky UB10.241
Logika funkce
Jednotka neustále průběžně nabíjí záložní baterii. Režim
ready je stav, kdy má baterie minimálně 85 % kapacity a systém tak garantuje min. čas zálohování. Ukazatel kapacity baterie je odvozen z jejího vstupního proudu, což je optimální
řešení z hlediska poměru cena/hodnověrnost ukazatele. Pokud není dosaženo úrovně 85 %, systém nemůže garantovat
min. čas zálohování a nastává režim charging. Pokud je UVST
< 22,5 VDC, následuje režim buffering. Ukončit ho lze řízeně
vstupem inhibit nebo uplynutím času zálohování (buffer-time
limiter), což je prevence proti zbytečnému hlubokému vybíjení
baterie způsobujícímu její rychlejší opotřebení. V případě požadavku na maximální možný čas zálohování lze samozřejmě
nastavit polohu tohoto trimru na „nekonečno“.
Bateriové testy
Výběr konkrétní jednotky DC-UPS
Vstup
 ukončení zálohování (buffertime expired)
Jednotky provádí celkem tři typy testů - lze je rozdělit na
ty, které se provádí během režimu charging a na ty, které probíhají v režimu ready. Do první kategorie patří test, zda nabíjení baterie má správný průběh, do druhé testy, zda baterie
dokáže udržet kapacitu.
Test správného průběhu nabíjení baterie v režimu
charging (pro jednotky UB…241/245)
Jednotky používají nabíjecí metodu CC-CV, tedy baterii
nabíjí nejprve konstantním proudem (CC) a poté konstantním
napětím (CV). Nabíjecí proud má hodnotu 1,5 A (nom.), konečné nabíjecí napětí je nastavitelné z čela jednotky trimrem
(end-of-charge voltage). Nastavitelná úroveň tohoto napětí
má tu výhodu, že jednotka napěťově baterii zbytečně nepřebíjí, nýbrž průběžně udržuje úroveň napětí blízko optima daného na základě předpokládané teploty v okolí baterie. PULS
doporučuje (a používá) baterie typu VRLA značky YUASA,
bce striktně dané omezení n
které nemají ze strany výrobce
nabíjecího proudu.
e může dosáhnout nastaven
Test zkoumá, zda baterie
nastaveného
ětí Jako chyba je vyhodno
konečného nabíjecího napětí.
vyhodnocen
stav, kdy ani po 40 h vstupní proud baterie neklesl na určitou
vnitřně definovanou úroveň. V tomto případě je baterie vadná
(má stále příliš velký vstupní proud, tedy zřejmě proražený
článek) a nedokáže tak dosáhnout úrovně potřebné pro stav
ready.
Pokud tento typ testu detekuje vadu baterie, je aktivován
pomocný kontakt replace battery.
Test správného průběhu nabíjení baterie v režimu
charging (pro jednotky UB10.242)
Jednotka UB10.242 se chová obdobným způsobem. Odlišností je, že baterie je z důvodu větší kapacity nabíjena proudem 3 A (nom.) a při správné funkci musí její vstupní proud
klesnout na definovanou úroveň nejpozději do 150 h. Jiným
způsobem je provedeno stanovení konečného nabíjecího napětí – jednotka měří svou teplotu a trimrem lze kromě poloh
reprezentujících fixní úroveň konečného nabíjecího napětí
zvolit i možnost kalkulující teplotu v okolí baterie dle teploty
jednotky.
Testy v režimu ready (všechny typy jednotek)
Ostatní dva typy testů (pokles napětí v baterii a zátěžový
test) se naopak provádí v režimu ready. Smyslem je sledovat,
zda pokles napětí baterie není v určité časové periodě příliš
rychlý, tedy zda baterie udrží svou kapacitu.
První ze série testů se spouští ihned po dosažení režimu
ready. Jedná se o zátěžový test, kdy je měřeno napětí baterie během krátkého jednorázového, interně provedeného
připnutí zátěže. Další test - pokles napětí v baterii - následuje
EvP
45
▷▶▷
▷▶▷
Příloha: Náhradní a záložní zdroje
Společnost Phoenix-Zeppelin
slavnostně předala 500. lokomotivní
motor Caterpillar
V areálu Depa kolejových vozidel Praha společnosti České dráhy, a.s. byl dne 21. dubna 2011 pod
záštitou prvního náměstka Českých drah pro osobní dopravu, Ing. Antonína Blažka, slavnostně
předán do provozu 500. lokomotivní motor Caterpillar, dodaný divizí Energetické systémy společnosti Phoenix-Zeppelin, spol. s r.o.
Jednotka UB10.241 s bateriovým modulem (12V/ 7Ah)
po 4 h; po dalších 4 h následuje opět zátěžový test. Tímto
způsobem se stále střídají oba druhy testů – jelikož oba mají
8-hodinovou periodu a probíhají střídavě, testování v režimu
ready probíhá se 4-hodinovou periodou. K sepnutí pomocného kontaktu replace battery musí tři po sobě následující testy
detekovat chybu. V mnoha případech však vadu baterie odhalí již první typ testů, tedy test správného průběhu nabíjení
baterie.
ZÁVĚR
Správné provedení testů předpokládá provoz v režimu
charging a ready. Jakmile je již aktivováno doporučení replace battery, je aktivní i v režimu buffering. V případě potřeby
resetovat toto doporučení postačí přivést signál na vstup inhibit nebo odpojit baterii (například vyjmutím externí pojistky).
Je nám velkou ctí se spolupodílet (zde prostřednictvím dodávky DC-UPS použitých v řídícím systému) na zajímavých
projektech v oblasti OZE, například na projektu obnovy Malé
vodní elektrárny Železný Brod, která mimo jiné obdržela titul Stavba roku 2010. V jejím případě se ideálním způsobem
spojil um a úsilí všech zúčastněných a výsledkem je to, co
obecně vzato doporučujeme vyžadovat ve všech případech:
absolutní důraz na perfektní, profesionální a nápadité řešení. V případě představených DC-UPS vám toto vše rozhodně
můžeme garantovat – výrobci se podařilo vyvinout velice přehledné a logicky uspořádané zařízení, které nachází uplatnění
ve vzrůstajícím počtu aplikací v oblasti průmyslové automatizace.
Dnešní doba předpokládá rostoucí decentralizaci výroby
elektrické energie, to vše při zachování kvality jejích dodávek
a současně respektu k životnímu prostředí. Tento stav přináší
zvýšené nároky jak na technická řešení (samotné komponenty, provozní spolehlivost řídících systémů, …), tak na projektanty (nejen v oblasti elektro), investory i všechny další zainteresované instituce.
„Dodávky lokomotivních motorů Caterpillar zahájila naše společnost před
15 lety,“ řekl prokurista firmy Phoenix-Zeppelin a ředitel divize Energetické
systémy Ing. Zdeněk Řešátko, CSc.
„Počáteční myšlenka pouhé náhrady
původních motorů ČKD se posunula
k celkové modernizaci vozidel, kterou
provádíme s našimi partnerskými firmami v České republice a na Slovensku.
Dnes je v provozu asi 350 lokomotivních
motorů Caterpillar v České republice,
stovka na Slovensku a další v různých
evropských zemích,“ dodal ing. Řešátko.
Prvními uživateli lokomotivních motorů Caterpillar v České republice byly
soukromí dopravci, provozující vnitro-
závodovou dopravu. Teprve později se
připojil největší tuzemský dopravce,
České dráhy, a.s. modernizací motorových vozů řady 854 a následovaly lokomotivy pro ČD Cargo. V současné době
probíhá modernizace lokomotiv řady
750 pro České dráhy, a.s. Slavnostně
předaný 500. motor je právě součástí
této dodávky.
Hosté této slavnostní akce, mezi
nimiž byl i ředitel odboru 12 generálního ředitelství České dráhy, a.s., Ing.
Rostislav Novák, generální ředitel Phoenix-Zeppelin Ing. Josef Mixa a další
významné osobnosti, si prohlédli modernizovanou lokomotivu typu 750 a
motorový vůz typu 854, rovněž s instalovaným motorem Caterpillar. „Motory
Caterpillar jsou ve srovnání s mnoho let
starými původními motory spolehlivější,
mají menší zástavbové rozměry, nižší
hlučnost, výrazně menší požadavky na
pravidelnou údržbu, nižší spotřebu paliva i oleje, a splňují nejnovější emisní
limity,“ doplnil Ing. Řešátko.
Lokomotivy s motory Caterpillar od
Phoenix-Zeppelin slouží kromě České
republiky a Slovenska také v Německu,
Srbsku, Itálii, Litvě a na Ukrajině. Lokomotivu, jejímž srdcem je 500. motor
Caterpillar, mohou v současné době
cestující vidět na trati Praha – České
Budějovice.
(tz)
Autor děkuje panu Lumíru Helebrantovi ze společnosti
PULS za cenné rady a připomínky, které výrazně přispěly ke
kvalitě článku.
▲ Příklad realizace – Malá vodní elektrárna Železný Brod.
(foto: Tomáš Hyka)
46 EvP
OEM Automatic, spol. s r.o.
Baarova 3a, 140 00 Praha 4
Tel.: +420 241 484 940
Fax.: +420 241 484 941
E-mail: [email protected]
www.oem-automatic.cz
EvP
47