سیستم برق اضطراری UPS در ساختمان
سیستم های مدرن و استاتیک یو پی اس به عنوان یک سیستم مرکزی پشتیبانی برای تغذیه ی بار های ضروری در هنگام خاموشی محسوب می شوند که احداث سیستم برق اضطراری در مراکز امنیتی و بیمارستان ها ضروری می باشد. تقریبا تمام مراکز داده و مراکز مهم و امنیتی با بار های بحرانی مانند بیمارستان ها ، یو پی اس های آنلاین را انتخاب می کنند که سطح قابلیت اطمینان بیشتری را ارائه می دهد.
در نوشته زیر نقاط کلیدی هر توپولوژی در سیستم های یو پی اس و برق اضطراری را نشان می دهیم که شامل انواع و اجزای سیستم برق اضطراری یو پی اس نیز می شود. بنابراین می توان بهترین انتخاب را با امکانات خاص انتخاب نمود.
یو پی اس چیست
هر سیستم برق اضطراری یا یو پی اس شامل یک یکسو کننده ، شارژر ، باتری و یک اینورتر می باشند که یکسو کننده رکتیفایر یا شارژر ، برق AC را به DC تبدیل می کند تا باتری ها شارژ شوند. این باتری ها به صورت یک سیستم مرکزی برق اضطراری عمل می نمایند و در هنگام نیاز یا خاموشی شبکه ، با کمک اینورتر بار های ضروری و اضطراری را تغذیه می کنند. در حالت کلی دو توپولوژی برای سیستم های یو پی اس تعریف می شود که در ادامه به نحوه عملکرد هر سیستم به صورت مجزا می پردازیم. طیف گسترده ای از سیستم های ترکیبی اضطراری ، در طول سال ها توسعه یافته که در حال حاضر به طور عمده توسط سیستم های مدرن آنلاین جایگزین شده است.
سیستم برق اضطراری معمولی ( Off-Line UPS )
همانطور که در مدار های بالا مشاهده می شود ، در شرایط نرمال بار های ساختمان از طریق باس اصلی و یک کلید استاتیکی تامین می شوند و کلید در حالت وصل باس اصلی به بار است. هنگامی که خطایی در شبکه یا خاموشی اتفاق می افتد ، آنگاه کلید استاتیکی تغییر وضعیت می دهد و بار را از طریق سیستم باتری و اینورتر تغذیه می نماید. برای تعیین وضعیت غیر نرمال نیز از سنسور ها و رله های تشخیص رادیویی می توان استفاده نمود.
کلید استاتیک در سیستم برق اضطراری معمولی یا یو پی اس آفلاین ، هر گونه قطع و وصل یا خطا را در محدوده ی زمانی کمتر از 10 میلی ثانیه تشخیص می دهد و سیستم برق پشتیبان را در مدار قرار می دهد و اجازه قطعی بار را نمی دهد. با این حال برخی از بار های حساس و تجهیزات مدرن الکترونیکی به همین چند میلی ثانیه نیز حساس و آسیب پذیر می باشند. سیستم های آفلاین معمولا برای تغذیه و پشتیبانی بار های کوچک طراحی می شوند.
در سیستم های ترکیبی نیز از ترانسفورمر تقویت کننده استفاده می کنند که اینورتر برق اضطراری را قادر می سازد که یک ولتاژ خروجی ثابت را به بار های بحرانی تحویل دهد.
طراحی سیستم برق اضطراری با یو پی اس یا سنترال باتری
مزایا و معایب سیستم های یو پی اس آفلاین
معایب و مزایای سیستم های برق اضطراری معمولی به صورت زیر خلاصه می شوند :
- تامین و حفاظت از حداقل بار های الکتریکی
- حفاظت از افت ولتاژ که در شرایط نرمال تعریف نمی شود
- 2 تا 10 میلی ثانیه تاخیر کلید استاتیکی در قطع و وصل سیستم پشتیبان یو پی اس
- کاهش هزینه های سرمایگذاری نسبت به یو پی اس آنلاین به علت کاهش برخی اجزا و تجهیزات جانبی
- هزینه های جاری و عملیاتی پایین تر به دلیل کارکرد کمتر و نبود سیستم در مدار
- برای بار های حساس و بحرانی طراحی نمی شود
سیستم برق اضطراری آنلاین ( On-Line UPS )
همانطور که در مدار های بالا می بینید ، در سیستم های برق اضطراری آنلاین یا یو پی اس آنلاین ، جریان قبل از رسیدن به بار در ساختمان ، از یکسو کننده و اینورتر عبور می کند. بنابراین در این نوع سیستم برق پشتیبان ، یکسوکننده یا شارژر خود به عنوان یک فیلتر هارمونیکی و حفاظتی در قبال اضافه بار ها و افت ولتاز های شبکه سراسری عمل می نماید. در این میان یک فیوز DC نیز کنترل ولتاژ باتری و ولتاژ ورودی به اینورتر را در دست دارد. در این نوع سیستم بار در تمام مدتی که تغذیه می شود از سیستم یو پی اس مرکزی استفاده می کند و بلوک های یکسو کننده ، اینورتر و کنترل حفاظتی به عنوان یک مانع برای حالات گذرا ، جریان های هارمونیکی و همچنین ارائه یک ولتاژ خروجی مناسب قابل تنظیم هستند.
با این حال، پیشرفت های فناوری نیمه هادی و ترانزیستور ها ، توسعه سیستم های UPS بدون ترانسفورماتور را ایجاد کرده است. این سیستم های برق اضطراری با ارائه مزایای یو پی اس آنلاین، کارایی بهتر، کاهش هزینه های عملیاتی، سر و صدای کمتری، افزایش عمر باتری و هزینه های پایین سرمایه را ارائه می دهند.
باتری های مرکزی در سیستم پشتیبان UPS
مزایا و معایب سیستم های برق اضطراری آنلاین
در سیستم یو پی اس آنلاین ، اگر باس اصلی تامین توان ساختمان ناموفق عمل کند و نواسان فراوانی داشته باشد ، اینورتر با استفاده از نیروی باتری ها ، مقدار جریان مورد نیاز بار را بدون هیچ وقفه ای تامین می نماید. به دلیل نواسانات برق شهری در ایران ، سیستم یو پی اس همواره در حال فیلتر کردن هارمونیک ها و تامین مقدار افت ولتاژ شبکه می باشد. مزایا و معایب سیستم UPS آنلاین به شرح زیر می باشد :
- بالاترین سطح قابلیت اطمینان برای بار های حساس و آسب پذیر
- ولتاژ و جریان تنظیم شده و بدون نوسانات برق و هارمونیک اضافی به بار تحویل داده می شود.
- عدم قطع بار در هنگام اختلالات برق شبکه ، به دلیل وجود باتری آماده به کار در سیستم یو پی اس آنلاین
- هزینه سرمایه اولیه بالاتر
- هزینه عملیاتی و تعمیر و نگهداری بالاتر زیرا تمام اجزای سیستم یو پی اس در تمام حالات به مدار قدرت وصل هستند.
اندازه و سایز سیستم برق اضطراری پشتیبان
اندازه سیستم یو پی اس
اولین مسئله برای طراحی سیستم برق اضطراری یو پی اس در ساختمان ها ، بررسی و محاسبه اندازه سیستم UPS می باشد. به طور مثال یک ابر رایانه دسکتاپ با منبع تغذیه ی 400 وات ، به یک سیستم پشتیبان UPS با اندازه 640 VA ( ولت آمپر ) برای زمان خاموشی برق نیاز دارد. از لحاظ اندازه یا سایز ، سیستم های برق پشتیبان UPS به صورت یک واحد مرکزی به صورت زیر طبقه بندی می شوند :
- میکرو یو پی اس ( تا 1000 VA ) – به عنوان یک منبع تغذیه بی وقفه برای ابر کامپیوتر ها و مراکز داده استفاده می شود.
- مینی یو پی اس ( تا 2000 VA ) – مناسب برای کامپیوتر های سرور سایت ، مراکز مخابراتی و مراکز امنیتی دیگر
- سیستم برق اضطراری متوسط ( 3 تا 20 کیلو وات ) – برای شبکه قدرت اداری ، سرور های دانشگاه و بیمارستان ها
- سیستم برق اضطراری قدرت بالا ( 30 تا 500 کیلو وات در هر فریم ) – در مراکز داده های برپزگ و بیمارستان های بزرگ
علاوه بر سایز و اندازه سیستم UPS ، ولتاژ مورد نیاز در شرایط بحرانی نیز بسیار مهم می باشد. در شبکه های تکفاز AC ، ولتاژ 220 تا 230 ولت با فرکانس 50 هرتز می باشد و در مراکز صنعتی و تجاری سیستم سه فاز با ولتاژ 400 ولت نیاز می باشد.
سیستم های پشتیبان برق اضطراری عملکرد مشابهی را انجام می دهند ، و قابل افزایش ماژول یا کاهش هر واحد می باشند ، بنابراین اگر یک واحد نیاز به تعمیرات دوره ای داشته باشد ، نیازی به خاموش کردن کل سیستم نمی باشد. این سیستم های پشتیبان می توانند به صورت افقی یا عمودی شبیه سازی شوند ، به این ترتیب می توان آنها را با توجه به نیاز های مشتری بسیار دقیق و مناسب طراحی نمود.
تصویر بالا یک سیستم UPS-9500-PA با سه ماژول 100 کیلو ولت آمپری ( KVA ) را نشان می دهد و همانطور که مشاهده می شود ، فضای 2 ماژول اضافی در این قفسه وجود دارد ( به صورت عمودی ). همچنین می توان شش واحد UPS را به صورت موازی ( مقیاس افقی ) ترکیب کرد. در عمل این امر باعث می شود که این سیستم بتواند نیاز های برق اضطراری یک مجموعه را از 100 کیلو ولت آمپر تا 3 مگا ولت آمپر تامین نماید.
چراغ های اضطراری در سیستم پشتیبان برق
طراحی روشنایی اضطراری در سیستم UPS
در سیستم برق اضطراری غیر فعال یا آفلاین ، برق روشنایی ساختمان به طور معمول به طور خودکار از باس اصلی به صورت مستقیم تامین می شود که در صورت قطع برق ، کلید استاتیکی بار را از طریق سیستم پشتیبان به روشنایی اضطراری انتقال می دهد. باتری ها قدرت را برای اینورتر فراهم می کنند که اینورتر تبدیل ولتاژ مناسب تکفاز AC برای بار های روشنایی اضطراری را تامین نماید. همچنین می توان از چراغ اضطراری در ساختمان ها به صورت مجزا بهره برد.
در سیستم های آفلاین یا چراغ های اضطراری آماده به کار در زمان وقوع حادثه خاموشی ،به طور موثر صرفه جویی انرژی و برق میسر می شود زیرا در حالت آفلاین تلفات اینورتر و یکسو کننده و دیگر تجهیزات سیستم برق اضطراری وجود ندارد. همچنین به دلیل تاثیر کم تجهیزات سیستم UPS ، طول عمر سیستم بسیار افزایش و هزینه های جاری تعمیر و نگه داری نیز کاهش می یابد. سیستم های آفلاین بسیار مناسب برای روشنایی اضطراری با لامپ ال ای دی می باشند.
در سیستم های پشتیبان آنلاین ، اینورتر سیستم روشنایی اضطراری بدون قطعی همیشه روشن می ماند و جریان مورد نیاز برای چراغ اضطراری توسط اینورتر و باتری تامین می گردد. این سیستم نوسانات حالت گذرا در شبکه سراسری را پوشش می دهد و یک ولتاژ سینوسی با دامنه مشخص به چراغ اضطراری تحویل می دهد. در چراغ های پشتیبان تخلیه با فشار بالا مانند لامپ های بخار جیوه ، این سیستم با نوسان اجازه خاموشی به چراغ اضطراری را نمی دهد. بنابراین در کارکرد و طول عمر لامپ ها تاثیر مثبت می گذارد. در لامپ های ال ای دی نیز اینورتر سیستم یو پی اس باعث می شود که دیگر لامپ سوسو نزند و طول عمر بالاتری داشته باشد. طراحی روشنایی و نورپردازی سیستم روشنایی اضطراری برای ساختمان ها بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.
اینورتر های سیستم پشتیبان UPS
اینورتر ایستا برای سیستم روشنایی اضطراری
تفاوت اینورتر فعال در سیستم برق اضطراری با اینورتر غیر فعال آماده به کار ، در مقدار طول عمر و تداوم کارکرد مفید اینورتر می باشد. این نوع سیستم پشتیبان باعث کاهش فشار و استرس بر روی اینورتر روشنایی اضطراری می شود. بر اساس استاندارد های سیستم روشنایی اضطراری ، تمام چراغ های روشنایی باید با استاندارد EN50171 اروپا مطابقت داشته باشند.
یکی دیگر از مسائل بحرانی در انتخاب سیستم برق اضطراری و اینورتر چراغ اضطراری ، محاسبه ظرفیت سیستم در هنگام اضافه بار می باشد که از ظرفیت سیستم نیز بیشتر توان تقاضا می شود. در طراحی سیستم برق اضطراری ساختمان ها ، همواره تجهیزات و لوازم ، 20 درصد بیشتر از ظرفیت نامی مورد نیاز ، انتخاب و نصب می شوند. به طور مثال اینورتر های EEL UPS با ظرفیت نامی 1 کیلو ولت آمپر ، توانایی تغذیه و تامینت بار با ظرفیت 1.2 کیلو ولت آمپر ( 120 درصد نامی ) را دارند.
چراغ روشنایی اضطراری
انتخاب اینورتر در سیستم روشنایی اضطراری
برای انتخاب نوع و سایز اینورتر ، مهم است که در ابتدا ظرفیت و قدرت بار های الکتریکی محاسبه شوند و همچنین مسائل تعمیر و نگه داری دوره ای اینورتر و سیستم باتری ، در نظر گرفته شود. تعمیرات دوره ای اینورتر های سیستم برق اضطراری به طور منظم باعث بالا رفتن قابلیت اطمینان سیستم روشنایی اضطراری می شود. این موضوع تعمیرات برای باتری ها نیز اساسی و مهم می باشند.
مدت زمان شارژ باتری ها در چراغ های اضطراری به طور متوسط 3 ساعت می باشد. بنابراین یک سیستم کنترل شارژ باتری برای سیستم روشنایی اضطراری باید در نظر گرفته شود که مقدار ولتاژ و توان و ساعت شارژ یا دشارژ باتری را به صورت فعال و آنلاین کنترل نماید. این تجهیز یا دستگاه که شارژ کنترلر نامیده می شود در نیروگاه خورشیدی و سیستم تولید برق خورشیدی نیز کاربرد فراوان دارد.
برای سرویس دوره ای باتری و تعمیر و نگه داری منظم ، به نظارت و مدیریت نیاز است که با استفاده از مانیتورینگ باتری ، مقدار شارژ یا دشارژ و همچنین مقدار کارکرد دوره ای باتری در دسترس می باشد. در فیلم زیر چگونگی و نحوه عملکرد سیستم های یو پی اس پشتیبان نشان داده شده است.
منبع : UPS-Power
تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس
“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”
نظرات کاربران